摘要：针对现有踝关节康复机器人存在的人机结构匹配度不高、柔顺性不足、适应性弱等问题,提出了一种新型绳驱动变刚度踝关节康复机器人。考虑到绳索的单向受力特性使得绳驱动机器人具有变刚度特性,基于柔性并联机构理论创新设计了一种结构简单紧凑、刚度―拉力线性度高的变刚度装置,以提高变刚度控制的范围和精度。通过康复机器人的运动静力学和刚度建模分析,揭示了调节绳索长度来调控机器人位姿,以及调节绳索张力来调控机器人刚度的规律。在此基础上,提出了面向刚度的绳索张力分配算法以实现刚度控制,并通过仿真案例验证了算法的可行性。最后,设计了绳驱动踝关节康复机器人的控制系统,研制了机器人样机,通过实验验证了机器人运动控制方法。研究结果表明所设计的绳驱动踝关节康复机器人具有人机结构匹配、刚度可调等优点。

摘要：针对Exechon并联机构工作空间内动平台转动能力较差这一问题,采用机构变异方法,提出了机构构型为2RPU&1RPS的类Exechon并联模块,并对其进行了结构设计。围绕所设计的类Exechon并联模块,借鉴子结构综合思想,建立了该并联模块的刚度模型,并推导出动平台刚度矩阵的解析表达。分析了类Exechon并联模块在典型位姿下的刚度性能,并将其与有限元仿真结果进行了对比。结果表明,所建解析模型具有较高计算精度,可用于机构工作全域内刚度特性的快速预估。

摘要：为了降低柔性球铰的加工难度和制造成本,提出了一种环状柔性球铰。对该类型球铰的刚度特性与设计方法进行了研究。利用分割法、数值计算方法、位移矩阵法和位姿变换公式对其进行刚度建模。采用变量唯一的方法分析环状柔性球铰结构参数对其刚度的影响。根据所得的刚度数学模型,采用一组实例进行刚度计算,同时对其进行有限元和刚度实验分析,分析结果表明,有限元和刚度实验分析结果与其理论值最大误差不超过7%,验证了所推导刚度矩阵的正确性和设计方法的有效性,对柔性球铰的设计和力学特性研究具有重要的参考价值。

摘要：随着我国核工业进入第3个30年发展阶段,核用设备的维修需求日益迫切。核用蒸汽发生器内部结构复杂,关键传热管结构管径小、管道长、拆卸安装难度大,传统修复方法难度极高。针对核用小直径传热管因长期处于高温高压工况而出现的腐蚀破坏问题,文中设计了一种全位置自动化TIG衬管焊接修复焊枪,并进行了焊枪可靠性验证和焊接修复试验。首先,提出了焊枪的总体结构设计方案,并阐述了所设计焊枪相对传统钨极TIG焊枪的优势;接着,完成了焊枪传动系统的设计与验证,所设计的传动系统体积小、空间利用率高;随后,对焊枪关键部位——导电轴进行了刚度理论建模、分析和实例计算,并通过有限元求解验证了理论模型的可靠性,在此基础上提出了焊枪结构的优化方法;最后,进行了现场挠度检测和焊接试验,验证了导电轴的刚度满足现场焊接工况,并用线性回归方程和挠度修正公式定量预测焊枪挠度变形,验证了所设计结构的合理性;焊接试验表明焊枪工作时传动系统的转速稳定可控,焊缝成形良好。文中所研制的焊枪能够满足核用蒸汽发生器不锈钢传热管的衬管焊接修复工艺要求。

摘要：基于冗余容错和测量重构的思想,提出了一种具有可重构测量模型的冗余正交式并联六维力感知机构,并进行了相关理论分析及实验研究。利用柔度矩阵理论建立了机构的刚度模型,通过仿真验证了建模方法的正确性。最后,对设计的力感知机构进行了样机研制,搭建了标定实验平台,对样机进行了重构实验。针对不同维度力选择不同测量分支组合的测量模型进行测量,实验结果表明,在五维力和三维力的测量模型重构后,测量精度分别提高了1.29%和3.19%。实现了测量模型重构的多维力感知机构面向不同测量任务的多维力测量,为冗余六维力感知机构的研究提供了理论依据及实验基础。

摘要：针对由柔性铰链构成的柔性并联Stewart平台六维力传感器弹性体结构,提出一种可用于柔性一体式并联六维力传感器六维外力与各柔性测力分支拉/压力间的精确力映射解析建模方法。基于虚功原理和几何相容条件并根据柔性铰链空间形式的柔度矩阵,构建传感器柔性串联支路末端的柔度矩阵和传感器的整体刚度矩阵。推导得到六维外力与传感器柔性分支杆所受轴向拉/压力间的解析映射关系。通过具体算例和传感器的有限元模型,对上述理论推导过程进行仿真验证。结果表明:理论值与仿真值基本吻合,最大误差在7%以内,从而说明了所提出的力映射解析方法具有较高的求解精度,并为柔性并联六维力传感器的尺寸优化设计奠定了理论基础。

摘要：柔顺机构具有众多的优点,在很多精密场合应用较多,球面柔顺机构作为空间柔顺的一种形式,串联柔顺球面3R开链的建模与分析还存在待解决的问题。在此基础上,针对柔顺球面3R开链的2种形式:曲线梁柔性铰链和直线梁柔性铰链,首先给出了球面运动链的闭合柔度方程,然后分析了单一柔性铰链的柔度模型,在此基础上建立了曲线梁柔性铰链和直线梁柔性铰链的串联柔度模型,然后通过仿真分析与对比的方法,对曲率半径R和包角θ对柔度因子的影响进行了分析。从结果可以看出,曲线梁柔性铰链相对于直线梁柔性铰链更适合产生球面运动。