摘要：传统缺口型柔性球铰的工作行程较小,且存在结构构型及柔度计算复杂、加工工艺要求高等问题,不能应用于需大行程的场合。为此,设计了一种正交簧片型大行程柔性球铰,即将具有较大变形能力的簧片梁通过正交组合形成虎克铰,使其能够实现3个功能轴线方向的运动。该柔性球铰具有结构构型简单、加工制作容易和工作行程较大等优点。根据柔性球铰单个簧片梁的柔度矩阵及连接方式,采用柔度矩阵法和坐标变换方法,对柔性球铰的全局柔度矩阵进行建模和计算,通过有限元仿真和实验测试对所建立的柔度模型进行验证,并分析了柔性球铰几何参数对柔度的影响规律。结果表明:柔度理论计算值与仿真值的相对误差基本在10%以内,与测试值的相对误差在8%以内;几何参数对柔度影响程度从大到小依次是柔性簧片梁2的厚度、宽度、长度。研究结果可以为大行程空间柔顺机构的多样化设计提供参考。

摘要：椭圆弧型柔性球铰作为直圆型、圆弧型、椭圆型柔性球铰的推广可替代传统双轴柔性铰链参与空间多自由度柔顺机构的设计。基于线弹性及小变形假设理论,以椭圆弧形柔性球铰为研究对象,通过引入更为直观的中间参数,建立了该铰链的空间力学模型,简化了推导过程,推导了其柔度矩阵的数学表达式,并使用有限元分析法对所推导的公式进行验证。ANSYS软件分析的结果与Simulink模型计算结果对照表明大部分数据误差不超过10%,最大误差为28%,证明了所推导公式的正确性。最后对椭圆弧型柔性球铰的柔度公式进行了进一步分析。得到:最小直径d对柔度影响最大,其次是椭圆长轴a,短轴b对柔度的影响最小。为双轴柔性铰链的设计提供了理论依据。

摘要：为解决传统压电驱动偏摆台因行程较小而无法适应诸多毫米级大行程应用场景的问题,设计了一种音圈电机驱动的三自由度大行程柔性偏摆台,并对其进行了柔度建模与性能测试。首先,介绍了三自由度大行程柔性偏摆台的结构构型,该构型包含3组呈120°均匀排布的垂直驱动支链,并利用柔性球铰和平行四边形机构实现各驱动支链的运动解耦和电机动子的直线导向;同时,根据各驱动支链的几何关系建立了偏摆台动平台的运动学方程。然后,利用柔度矩阵法推导了柔性球铰、驱动支链和整个偏摆台的柔度解析模型。接着,通过对偏摆台进行静力学有限元仿真分析,验证了所推导的柔度解析模型的准确性。最后,通过搭建偏摆台测试系统来测量偏摆台的最大行程以及沿Z轴的平移柔度和绕X、Y轴的旋转柔度,验证了偏摆台结构设计以及所推导柔度解析模型的有效性和合理性。结果表明:柔度解析模型计算结果与有限元仿真结果、实测结果的相对误差均在10%以内;偏摆台的最大行程范围为±0.0543rad×±0.0472rad×±4.45mm,具有行程大、结构紧凑等优点。所设计的偏摆台适用于多种需要大行程空间定位的场景,具有广阔的应用前景。

摘要：将3-PSS型delta并联机构中的球铰用柔性铰链替代,设计了3-PSS柔性并联微操作机器人。首先通过坐标变换法建立机器人的位置方程,并根据位置方程推导机器人正、逆运动学模型,然后通过数值算例验证了理论模型的正确性,最后通过MATLAB软件对机器人模型进行运动学仿真得出机器人的工作空间,同时讨论了在不同导轨长度、杆长以及柔性铰链极限转角等结构参数下机器人工作空间的变化情况,分析结果对基于特定约束条件下的3-PSS柔性并联微操作机器人结构设计具有一定的参考价值。

摘要：为获取康复外骨骼与人体连接处的接触力信息,根据人-机连接约束情况,设计了一种Stewart型六维力传感器的结构。通过对传感器进行模型分析、结构参数优化和柔性铰链的刚度分析,得到传感器的结构尺寸;采用有限元方法对传感器进行静力和模态分析,得到传感器的应力云图、模态振型和固有频率,结果表明该传感器具有较高的灵敏度和固有频率等特点,满足康复外骨骼的测量要求。