摘要：滑块是伺服压力机的重要组成部分,滑块质量直接影响压力机制造成本和精度。针对目前大型伺服压力机的滑块仍然存在结构不尽合理和质量过大的问题,该文以滑块结构轻量化为目标,结合滑块的结构特点和不同优化方法的优缺点,提出了一种基于分层结构的滑块轻量化设计方法。给出了实用的载荷分析模型以及边界条件的确定方法,作为ANSYS优化分析的基础。考虑到滑块上半部分所起的连接和支撑作用,在保证功能约束的前提下,采用拓扑优化实现其材料的最大化切除;对参数结构较为明确的滑块下半部分展开参数优化,优化隔板的厚度以及布局。利用ANSYS软件对整体优化方案进行了验证,在保证刚度要求的基础上,整体优化方案降低了滑块质量,实现了滑块轻量化。该文所提方法为机械产品的轻量化设计提供了一种有效途径。

摘要：针对某机床结构薄弱件立柱的结构优化设计,提出了一种基于拓扑优化、筋板形式选择与布局以及尺寸优化的结构设计方法。首先利用有限元法(finite element analysis,FEA)对机床整机进行动力学分析,模态分析与谐响应分析结果表明立柱为影响整机动态性能的关键结构件。然后以立柱结构为优化目标,对立柱进行拓扑优化,根据拓扑优化的材料分布情况设计了立柱的最优基本结构形式,再通过选择抗弯、抗扭刚度较好的W类型筋板进行布局与尺寸优化,得到了最终的立柱优化结构。最后对优化的立柱结构进行验证,分析结果表明:该结构设计方法有效地改善了整机的动态性能,在立柱质量减轻的前提下,优化后的整机前六阶固有频率均得到了不同程度的提高,其中一阶固有频率提高了10%以上;并且机床在x方向上的最大共振峰值下降了49.8%,y方向下降了70.1%,z方向下降了66.2%。

摘要：相较于串联机器人,并联机器人凭借刚度高、动态特性好和结构紧凑等构型优点,在高速分拣领域逐渐获得广泛应用。索驱动并联机器人采用索驱动代替刚性支链,使机器人结构得到有效简化,实现了大幅轻量化,有助于提升其动态特性,降低成本和功耗。该文设计了采用内部支链张紧的新型索驱动高速并联机器人TBot,该机器人与Delta并联机器人均面向高速分拣工况,可实现三维高速平动和绕动平台所在平面法向的单自由度转动。通过对比分析两者的差异,有助于明确索驱动和刚性并联机构的特性,定位亟待解决的关键技术,推动两者的研究和工业应用。在对Delta和TBot机器人进行运动学和动力学建模的基础上,仿真分析了给定"门"字轨迹下的运动学和动力学特性。仿真结果表明:TBot机器人具有机构简洁、能耗低、可达空间大等优势,具有较大的发展潜力。

摘要：并联索驱动助力外骨骼具有与人体兼容性好、运动范围大、自由度多等优点,但往往需要多个电机驱动多根绳索,增大了驱动结构的重量和能耗。以往的设计中无法实现在减少电机个数的同时实现多绳索的力控与多自由度的助力。该文提出一种基于欠驱动并联索机构的肩关节助力外骨骼,采用凸轮和弹簧来实现搬运工作时肩关节的三自由度助力。根据给定的手臂动作,进行运动学、静力学建模与绳索排布优化,并通过设计凸轮的轮廓,仅采用1个电机就实现多根绳索的不同输出速度,并分析和仿真了电机旋转角度与各绳索索力之间的肩关节三自由度助力关系。实验结果表明电机旋转角度与索力对应关系准确,验证了该欠驱动机构用于解决多绳索与多自由度力控问题的可行性。

摘要：为提高扫描干涉光刻机的加工效率和加工精度、扩大加工范围、降低维护成本,提出了一种可实现干涉条纹周期、方向和相位同步实时调节控制的扫描干涉光刻机系统方案,并着重介绍了最为关键的恒光强干涉条纹相位锁定系统的设计。首先,介绍了扫描干涉光刻中干涉条纹周期、方向和相位同步实时调节控制的扫描干涉光刻机系统原理方案,并设计实现了恒光强外差声光移频式干涉条纹相位锁定控制系统。然后,分析了控制系统理论模型,对系统实际模型进行辨识和高阶线性拟合,并设计了系统控制器。最后,在该控制器的基础上开展了调试和条纹锁定控制。实验结果显示,开启条纹锁定控制后,100 Hz以下的低频扰动成分受到明显抑制,干涉图形相位锁定的残余误差为0.0693 rad(3σ),即相位变化小于±0.01个干涉条纹周期;光束偏移调控误差达到100μm时,干涉条纹锁定性能仍能保持稳定。该系统不仅可实现不同干涉姿态下干涉条纹的高精度锁定,还具有较大的光束调控误差裕度,满足干涉条纹周期、方向和相位同步实时控制的扫描干涉光刻机的需求。

摘要：脉冲电源是实现微细电解加工的技术关键之一。该文基于钝化膜增厚过程分析,探讨抑气促溶机理,并设计一种具有脉间输出的三电极微细电解加工脉冲电源,利用辅助电极导入电解池的加工脉间完全去极化电流,完成界面加酸过程。微细阵列孔及微细槽的电解加工实验显示:采用三电极脉冲电源在中性NaNO3电解液中的微细电解加工,蚀除速率从两电极脉冲电源的3.21×10-4 mm3/s提高至6.62×10-4 mm3/s,有效地提高了加工效率;该电源在维持钝性电解液中加工定域性好和中性电解液的环保优势的同时,又具有偏酸性电解液中加工后表面质量高的优点,加工表面粗糙度Ra从0.52μm降至0.28μm。初步实验验证了具有脉间输出的三电极微细电解加工脉冲电源的可行性。

摘要：机械执行系统作为机器人等装备的关键组成部分,其能效分析与评价在装备能效研究中具有重要意义.当采用并联机构时,执行系统结构复杂,能效分析困难.针对这种情况,通过分析并联机器人执行系统的能量传递机理,建立了执行系统能效模型和支链功率方程,将能量从驱动单元到末端执行器的传递过程中的支链动能变化作为影响能效的重要因素.在此基础上,结合驱动单元能量耗散特点和末端执行器运动时支链动能变化的各向异性,提出了一种基于支链动能变化率的并联机器人执行系统的功率传递指标,该指标与机构位姿和执行系统几何、质量参数有关,反映了并联执行系统中支链构件对能量传递的影响,以及支链几何参数与执行系统能效之间的关系.分别以一种二自由度平面机器人和一种五自由度空间并联机器人为例,给出了功率传递指标的求解过程,分析了工作空间内机器人执行系统能效大小分布情况和高能效工作区域范围.所提出的功率传递指标可用于评价并联机器人执行系统的能效,并进行并联机器人高能效执行系统的设计.

摘要：自动引导车(automated guided vehicle,AGV)叉车是工业领域重要的物料运输装备,其定位精度和路径跟踪精度是提高物料运输效率、工厂自动化及智能化水平的重要基础。该文以医药行业室内结构化环境下的单舵轮AGV叉车为对象,利用基于密度的有噪声空间聚类(density-based spatial clustering of applications with noise,DBSCAN)算法和快速迭代最近点(fast iterative closest point,FICP)算法实现了基于反光柱的激光雷达导航定位,并提出了基于距离的异常点剔除规则,保证定位结果的稳定性及算法的鲁棒性。利用Kalman滤波算法,融合激光雷达、角度传感器和惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)的定位数据,提升了定位精度。对于AGV叉车的路径跟踪问题,建立了比例积分(proportional-integral,PI)控制器,设计了基于三阶Bézier曲线的圆弧路径,并对Bézier曲线的参数进行了优化,避免了曲率突变,提高了路径跟踪精度。实验结果表明,基于DBSCAN和FICP算法的激光雷达定位算法能够实现±3 mm的定位精度,实现了AGV叉车的准确定位;基于Bézier曲线改进后的圆弧路径跟踪误差降低了72%,直线和圆弧路径动态跟踪精度控制在25 mm以内,工作站点的重复定位精度达±12 mm,达到了预期设计要求。

摘要：在采用管状电极高压冲液的电火花穿孔加工中,较大幅值的电极随机振动将导致加工中侧壁短路和二次放电,这对穿孔加工精度和效率造成不利影响。本文以高压冲液管状电极为研究对象,采用仿真、实验验证及对比分析的方法研究了电极微观振动幅值特性。基于ANSYS有限元软件平台,建立了描述电极振动特性的有限元模型,通过数值模拟分析了冲液压力、导向器间隙、穿孔深度、放电间隙、主轴转速、电极悬长多因素对电极振动幅值的影响,分析了多因素耦合情况下各因素对电极振动幅值的影响程度,并进一步进行了实验验证。研究表明导向器间隙、穿孔深度、冲液压力与电极振动幅值成正相关性,减小导向器间隙由10μm至1μm,可有效降低孔径误差20μm。多因素耦合分析得到电极振动幅值影响因素主次顺序为:穿孔深度、冲液压力、放电间隙、主轴转速、电极悬长。此项研究为优化电火花穿孔加工工艺与主轴设计提供依据。

摘要：为了开发出高稳定性的大功率旋转超声加工系统,采用超磁致伸缩材料研究超声振子预紧特性对输出振幅的影响规律。基于机电等效电路类比原理,建立了超声振子等效电路模型,推导出超磁致伸缩超声振子的振幅输出模型。通过阻抗分析对系统等效刚度、等效阻尼以及机电转换系数进行参数辨识,提出以实际能量转换效率表征系统振幅特性,研究了超声换能器预应力和变幅杆预紧扭矩对系统的影响规律。研究结果表明,超声振子的振幅特性受到超声换能器预应力和变幅杆预紧扭矩的影响,因此,需综合考虑预紧机构的强度和振幅稳定性等因素,在有效的频率跟踪精度范围内优化设计预紧机构参数,改善超声振幅特性。