摘要：The sensing capabilities of a soft arm are ofparamount importance to its overall performance as they allow precise control of the soft arm and enhance its interactionwith the surrounding environment. However, the actuationand sensing of a soft arm are not typically integrated into amonolithic structure, which would impede the arm’s movement and restrict its performance and application scope. Toaddress this limitation, this study proposes an innovativemethod for the integrated design of actuator structures andsensing. The proposed method combines the art of kirigamiwith soft robotics technology. In the proposed method, sensorsare embedded in the form of kirigami structures into actuatorsusing laser cutting technology, achieving seamless integrationwith a soft arm. Compared to the traditional amanogawakirigami and fractal-cut kirigami structures, the proposedmiddle-cut kirigami (MCK) structure does not buckle duringstretching and exhibits superior tensile performance. Based onthe MCK structure, an advanced interdigitated capacitivesensor with a high degree of linearity, which can significantlyoutperform traditional kirigami sensors, is developed. Theexperimental results validate the effectiveness of the proposedsoft arm design in actual logistics sorting tasks, demonstratingthat it is capable of accurately sorting objects based on sensorsignals. In addition, the results indicate that the developedcontinuum soft arm and its embedded kirigami sensors havegreat potential in the field of logistics automation *** work provides a promising solution for high-precisionclosed-loop feedback control and environmental interaction ofsoft arms.

摘要：为降低机械臂进行地面力学实验时的成本,真实地反映机械臂的力学性能,提出一种机械臂等效力学特性的设计方法,并对机械臂力学模拟件的参数进行优化。根据机械臂的结构原理,对机械臂关节的轴承刚度、扭转刚度进行等效设计,通过目标达到法对机械臂力学模拟件的参数进行优化,将力学模拟件与机械臂各质量模块的质量、质心坐标、质心各方向转动惯量等关键参数进行对比并进行实验验证。结果表明,力学模拟件与机械臂各关节模块力学参数基本一致,力学模拟件能够满足实验要求,可降低力学环境实验成本。

摘要：在接近紫外波长的高能光束均匀照射下,极化的镧改性锆钛酸铅(PbLaZrTi,PLZT)铁电陶瓷具有反常的光生伏特效应,即在两极间会产生很高的电压。利用此电压信号来驱动层合于柔性板壳结构的压电作动器,可以实现对柔性板壳结构的非接触式控制。为实现弹性圆环的非接触式独立模态控制,利用模态展开技术及振型函数的正交性设计余弦状正交模态作动器,并利用PLZT产生的电压来驱动层合于圆环上的聚偏二氟乙烯(Polymeric polyvinylidene fluoride,PVDF)压电模态作动器。在控制策略上采用速度反馈的定光强控制,通过模态速度符号来调节压电作动器与PLZT的连接方向,以实现作动器产生控制力的正/负切换。采用Newmark-β法对弹性圆环在不同光强下的动态响应进行数值仿真分析。仿真结果表明,在PLZT产生的电压信号的驱动下,压电作动器对系统产生的驱动力随光照时间成指数倍增加,且光照强度越大控制效果越好。

摘要：在特定波长的高能光束均匀照射下,镧改性锆钛酸铅(PLZT)铁电陶瓷由于在光电效应及逆压电效应的共同作用下会产生光致伸缩效应,可以实现对智能结构的非接触式精密激励。提出一种新的光致伸缩作动器的构型设计,它由4个单片的PLZT作动器构成,由于每一片的不均衡的边界条件,此新型作动器可以产生不均匀的控制力及控制力矩,利用变分法计算出其控制力及控制力矩的近似分布曲线,利用模态扩展方法,分别计算此新型作动器对正方形板及矩形板的模态控制效果,计算作动器尺寸对控制效果的影响。通过与多自由度作动器的对比表明,此新型作动器由于会产生不均匀的控制力及控制力矩使它对板的某些模态的控制效果比多自由度作动器更好。

摘要：空间重复锁紧与分离装置的容差能力是合作目标能否被捕获的关键指标,一定的容差能力能够抵消机械臂末端定位误差带来的合作目标位姿误差。根据某种在轨服务平台对空间合作目标的捕获方式,提出并设计了一种具有一定容差能力,并且在空间机械臂协助下能够完成对合作目标重复锁紧与分离的装置。本文建立了合作目标任意一点与重复锁紧与分离装置坐标系之间的D-H矩阵,完成了对球头关键点运动轨迹数学模型的建立。利用关键点投影方法对装置的容差性能进行分析,验证了装置设计的合理性。通过ADAMS仿真和样机试验相结合的方式对装置的容差性能进行验证,结果表明所设计的装置能够捕获和锁紧处于极限位姿下的合作目标,验证了装置的容差能力。

摘要：利用吊丝配重法进行零重力模拟装置的结构设计,结合重力补偿原理推导出空间机械臂分离体静力学重力补偿计算公式,同时采用最小方差原理将多个力矩的优化问题转化为一个总体目标,建立了吊点力优化程序,通过该优化程序得到各吊点力的数值.当吊丝长度为1000mm时,利用ADAMS建立空间机械臂零重力模拟装置模型.当空间机械臂为静止状态时,吊点优化计算结果与仿真值相比,结果相对误差在10%左右;当空间机械臂各关节以0.5°/s和1°/s匀速运动时,零重力模拟装置对其产生的附加弯曲力矩和附加反转矩均未超过技术指标要求.因此,该方案可用于实际空间机械臂的零重力模拟.

摘要：空间薄膜结构经历大范围刚体运动时,刚柔高度耦合的非线性动态响应极易发生,这将会降低结构几何精度,甚至影响设备正常工作。针对平面张拉式空间薄膜天线,建立了大范围运动的空间薄膜天线刚柔耦合非线性动力学有限元模型,描述了二阶效应与刚柔耦合效应对结构刚度特性、阻尼特性以及载荷的作用。通过对模型的数值解算,讨论了刚体运动规律(初始速度、运动加速度)以及结构模态频率和阻尼对刚柔耦合响应的影响。结果表明,动态响应的频率和变形峰值均与刚体运动加速度和初速度正相关,而与阻尼负相关;随着结构基频的增加,动态响应频率提高,但最大变形减小。刚柔耦合非线性动力学建模方法及模型,将为柔性结构动力学分析及面型控制提供理论基础;刚柔耦合响应特性分析对机动运动规划设计与空间薄膜结构扰动规避具有重要参考价值。

摘要：文中从空间机构连接分离实验教学入手,查找分析传统实验教学立足于新工科建设课程的不足,采用信息化虚拟仿真技术与宇航科研成果相融合的方式进行机构虚拟仿真实验平台的建设,探索新工科建设环境下实验教学的新方法。注重知识点与能力的融合,去专业知识碎片化,以学生为中心,以虚促实绿色取向的理念,论述空间机构连接分离虚拟仿真实验教学新方法的必要性。阐述空间机构连接分离虚拟仿真实验平台建设的内容,最后,进行虚拟仿真实验教学演示,为新工科建设航空宇航制造工程专业实验教学提供有力的支撑。

摘要：利用学校高端装备制造虚拟仿真实验教学中心平台,面向飞行器制造工程专业基础课"空间技术概论"中的"月球环境及其模拟试验技术"章节,针对月面环境物理模拟难度大、成本高等缺点,基于离散元仿真软件EDEM,结合已有科研成果,设计开发"月尘环境效应仿真实验",模拟月尘环境及其对空间运动副产生的影响,从而使学生能够在课堂环境中即可直观地感受月尘环境及其效应,为专业课教学提供了新的途径。

摘要：黏多糖贮积症(mucopolysaccharidosis,MPS)是一种遗传代谢病。人IDUA基因编码的α-L-艾杜糖苷酶(α-L-iduronidase,IDUA)功能异常是导致Ⅰ型MPS的主要病因。本研究拟构建特异性靶向小鼠Idua基因的CRISPR/Cas9编辑系统,用以模拟人IDUA基因突变,为建立精准模拟Ⅰ型MPS的细胞模型和动物模型提供高效基因编辑系统。本研究筛查了人类IDUA基因的致病突变,并将候选突变位点定位于小鼠Idua基因上,作为拟突变位点。然后通过sgRNA的设计、表达质粒构建、转染、药物筛选、TA克隆测序等步骤证明了设计的sgRNA具有高效的打靶效力。本研究结果对深入研究MPS的致病机制和探讨MPS的治疗具有重要意义。