摘要：点阵结构替代实体结构可以减轻零件质量、增强其整体性能。首先选择4种正方体空间包络的点阵胞元结构,基于均匀化方法解析点阵结构的力学性能,建立由相对密度、杨氏模量、剪切模量和泊松比组成的点阵胞元库;然后以汽车支架为例,基于拓扑优化方法确定零件中点阵结构的填充位置、类型和密度,得到点阵结构填充零件;最后用同等力学性能的均质实体结构替代点阵结构进行仿真分析。结果表明,点阵结构填充后的支架零件质量减小了40%,仿真时间缩短了95%。

摘要：大尺寸渐开线样板加工困难,测量更加困难,导致大齿轮的量值传递成为难题。采用圆弧代替渐开线齿廓,构造了新型大尺寸渐开线样板——双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板。提出了新型大尺寸渐开线样板的工作原理,研究了样板的设计方法,建立了样板的原理误差模型,提出了双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板可评定的齿轮测量仪器单项误差项,以及使用样板评定齿轮测量仪器的齿面偏差测量性能的方法。为验证所提工作原理的可行性,加工了原理验证样板,实验结果表明:加工的双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板,其测量得到的原理误差曲线与理论的原理误差曲线整体趋势一致,都为驼峰状,证明了双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的原理误差模型建立的准确性和可行性;在评定范围内,整个评定偏差曲线幅值为45.5μm,对应产生的压力角误差为1.34μm/rad;证明了双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的圆弧选取准则、中心距的设计模型和圆弧半径的设计模型的正确性。研究成果为大齿轮的量值传递提供了研究思路。

摘要：关节是机器人进行姿态控制的核心执行部件,其性能对整机性能有直接影响,对其测试和评价是提高关节性能的重要基础。本文从应用场景、工作原理、结构设计等方面对关节技术现状进行分析。归纳总结了关节的传动精度、响应参数、机械参数及电参数的测试原理及测试方法。从整体上分析关节测试设备现状,阐述了面向大型关节和小型关节的两类测试设备。对关节测试技术存在的难点做出分析和讨论,并对其未来的发展方向做了展望。

摘要：为了提高三坐标测量机(CMM)研发和整机精度设计水平,提出了一种基于区间层次分析法的CMM精度分配方法。首先建立CMM准刚体模型;基于CMM目标精度和行程范围,利用套索算法(LASSO)和正交三角分解对准刚体模型进行全参数、高精度求解,得到CMM的21项几何误差。然后根据CMM结构和运动方式,划分CMM整机的精度层次结构;利用区间层次分析法确定CMM关键零部件相对于几何误差的精度分配权重向量。利用CMM 21项几何误差和精度分配权重向量得到CMM关键零部件的精度分配结果。结果表明,针对目标精度为(4.5+L/400)μm的CMM,利用精度分配方法组装的样机精度达到(2.7+L/400)μm。因此所提出的CMM精度分配方法能够更精确的对CMM关键零部件的精度选取提供依据,提高整机精度,节约整机设计效率,降低研发成本。

摘要：为了揭示线结构光传感器在各种因素影响下的测量特性,以线结构光传感器为测试对象,设计了一种测试平台,研究传感器的内部因素和外部因素对线结构光传感器测量特性的影响规律。首先,根据线结构光传感器的工作原理,分析了影响其测量特性的因素,确定了测试项目;然后,根据测试需求,构建了线结构光传感器的测试平台;最后,使用两款不同厂家的传感器进行了测试,在测试平台上针对两款传感器的内部因素(内部温度、测量区域位置、曝光时间)和外部因素(测量物体性质、环境光强)进行了测试,通过分析获得了不同因素对线结构光传感器测量特性的影响情况。研究结果表明:线结构光传感器的测量结果与内部温度变化呈正相关趋势,开机至达到稳定状态需要约1 h;传感器测量区域不同位置的稳定性存在差异,X方向上中间区域稳定性优于两端;曝光时间决定了测量结果的稳定性和可靠性;线结构光传感器无法稳定测量强透光性物体;环境光强对测量结果的影响可忽略不计。

摘要：协作机器人关节是协作机器人总重量的主要来源,其核心部分是由电机和谐波减速器组成的传动系统,决定着整个关节的重量和性能。实现关节轻量化设计的关键是对电机和减速器进行优化选型。为了解决协作机器人结构笨重、功耗高等问题,提出了一种基于尺度律的关节传动系统的优化选型方法。首先,建立了关节传动系统的动态模型,并确定了电机和减速器的选择条件;然后,构建了以电机和减速器重量最小化为目标的优化函数;因所提出的优化函数涉及众多参数,需要首先对其进行简化,据此提出了一种尺度律的方法,将优化函数简化为仅由电机堵转转矩和减速比两个参数组成,并用电机和减速器实际数据对尺度律的正确性进行了验证;最后,为了对基于尺度律的优化选型方法的有效性进行验证,参照市售的机器人关节性能参数,分别进行了仿真实验和实际试验,并完成了最终的关节设计。研究结果表明:在仿真实验中,采用该选型方法得到的电机和减速器重量相较于关节原始设计重量减轻了约20%,从而验证了该方法的有效性;在实际的选型试验中,选型得到的电机和减速器的总重量相较于原始设计减轻了18%,从而进一步验证了该方法可以满足关节轻量化的设计要求。

摘要：锥齿轮的齿面质量评定是锥齿轮检测中的重要一环。目前评定方式依赖于锥齿轮的齿面数学模型,该模型不仅受锥齿轮设计参数的影响,同时与机床调整参数相关。在实际锥齿轮的质量评定中,常存在工艺参数难以获取的问题,针对此问题采用相对化评定方法展开研究。选取同批次质量较高的一个工件齿轮作为基准齿轮,以基准齿轮齿面作为基准齿面。通过光学测量方法获取锥齿轮三维齿面信息,并与基准齿面进行比较,进而得到相对于基准齿面的法向偏差和齿面评定结果。该方法不仅避免了复杂的数学建模,在评定齿轮质量的同时也反映了锥齿轮生产工艺的稳定性。

摘要：推动齿轮测量技术发展的力量有两股,一是齿轮产业发展对齿轮测量不断提出的新要求,二是不断进步的关联技术在齿轮测量领域的渗透。21世纪以来,这两股力量的交汇推动了齿轮测量技术的快速发展。在简要回顾20世纪齿轮精度理论和齿轮测量技术演变的基础上,提出了齿轮广义精度理论的基本要义,从齿轮全信息测量技术、面向生产现场的齿轮在线快速分选检测技术、面向特大齿轮和微小齿轮的极端测量技术、高精度齿轮样板及量值传递等多个方面系统归纳了20年来齿轮测量技术的新发展。齿轮精密测量肇始至今已历经百多年,目前处在第三代齿轮测量向下一代齿轮测量跨越的关键阶段。提出了下一代齿轮测量的整体技术构想,列出为实现下一代齿轮测量必须攻克的基础理论和关键技术问题,展望了未来10年齿轮测量的研究重点和科学问题。

摘要：为实现对数控装备测量精度的快速检测,面向激光追踪测量系统设计了一套二维万向节式回转轴系。将高精度标准球作为反射单元固定安装在基座上,保证了激光追踪测量系统具有较大的跟踪角度,同时避免了轴系回转时的窜动和游动对测量结果的影响。分析了轴系结构中主要几何误差对激光追踪测量系统测量精度的影响,研究了轴系跳动误差与测量精度的关系,并简化了轴系跳动误差模型。实验结果表明,当轴系跳动误差在±5μm以内时,由该误差引起的激光追踪测量系统的测量误差不足0.1μm,保证了激光追踪测量系统具有消除跳动误差影响的能力。

摘要：针对厚度渐变高分子结构介电性能检测问题,设计一种变间距叉指型相邻电容传感器。研究不同叉指个数和极板覆盖率对等间距叉指相邻电容传感器信号强度和穿透深度的影响,确定了单对叉指单元的宽度范围;研究单对叉指单元参数对相邻电容传感器性能的影响,得到单对叉指单元传感器的穿透深度;根据待测结构厚度变化规律,对组成叉指传感器电极的单个叉指单元的宽度和间距进行了优化设计,设计出变间距叉指型相邻电容传感器。仿真和试验结果表明,变间距叉指型相邻电容传感器的信号强度和灵敏度优于等间距传感器,该传感器更适合渐变厚度结构材料的介电性能检测。