摘要：针对管内机器人高精度加工难题,以管内焊缝余高修整打磨为例,提出了一种虑及刚度特性的管内机器人高精度磨削方法。首先基于轮式管内加工机器人建立了考虑气动支撑装置刚度特性的有限元仿真模型,获得了不同加工载荷和位姿下的变形关系;然后建立了基于高度特征的焊缝识别方法,采用三次B样条模型建立了焊缝母线参数方程,从而提出了融合刚度补偿量的加工轨迹点生成方法;最后通过机器人样机实验验证了所提方法对于管内焊缝打磨的有效性。结果表明:该方法可将约1 mm的焊缝余高精确修整至0.2 mm以内,加工后焊缝平均余高与设计余高的误差不超过5%,能够实现焊缝高精度加工。

摘要：为了提高差压传感器的双向过载能力,本文设计了一种梁-群岛错位膜结构差压敏感元件。该敏感元件由梁-群岛硅膜结构和玻璃基底键合而成。其中,梁结构降低了应力集中,群岛结构提高了结构刚度;玻璃基底键合面设计有方形凹槽和圆形通孔,硅膜结构和玻璃基底的方形凹槽形成的错位结构进一步降低了最大应力。首先,通过有限元软件分析了双向高过载硅基差压敏感元件的应力分布、敏感元件的满量程输出及最大应力。其次,分析了结构尺寸与爆破压力的关系,采用尺寸优化求解出最大爆破压力下的结构尺寸。最后,通过MEMS硅工艺制作了具有双向高过载的硅基差压敏感元件。压力测试结果表明:制得的双向高过载硅基差压敏感元件的爆破压力为8.5倍量程,与传统C型膜结构差压敏感元件(爆破压力6.5倍量程)相比,过载能力提高了30.7%。实验结果证明梁-群岛错位膜结构可以有效提高差压敏感元件的双向过载能力。

摘要：针对目前光动力治疗皮肤癌中光敏剂传递效率低及光穿透深度不足的问题,提出一种用于光动力抗肿瘤的双层微针,双层微针由可溶针尖和不溶基底两部分组成.可溶针尖能够精准地将光敏剂递送至肿瘤组织内部,提高传递效率.针尖溶解后留存在组织内的不溶基底为高能光子提供稳定的光传输通道,增强光穿透深度,以激活深层光敏剂.为设计递送性能及光导性能良好的光动力抗肿瘤双层微针,采用COMSOL Multiphysics软件建立双层微针针尖结构在皮肤组织内的光敏剂扩散模型,研究针尖几何尺寸与药物扩散浓度的关系.同时,基于蒙特卡洛方法建立双层微针基底结构的皮肤黑色素瘤组织光学模型,研究基底几何尺寸对光导性能的影响.最终获得性能最优的双层微针几何尺寸.借助ANSYS Workbench软件建立其力学模型以验证该微针的刺入性能.研究结果表明:本文所设计的光动力抗肿瘤双层微针具备良好的力学性能,能够顺利刺穿皮肤组织,并通过可溶针尖将光敏剂靶向递送至肿瘤部位.不溶基底在肿瘤组织内建立稳定光导路径,有效促进光子传输.该微针设计建立了高效光动力抗肿瘤治疗方案,拓展了肿瘤非手术治疗的新途径.

摘要：如今生物医疗、3C电子、航空航天等领域发展迅速,对回转结构件的性能要求逐渐增强。所需材料硬度更大、型面更加复杂,使得常规接触式加工难以满足生产要求。激光加工为非接触式加工,无需考虑接触应力造成的负面影响,加工过程无需使用切削液,材料利用率高。但是,目前采用激光进行回转曲面三维加工技术的发展尚未成熟,有许多亟待解决的难题。重点综述了曲面的激光车削与激光铣削加工技术、装备和相关工业应用3个方面的研究现状,总结了目前面临的问题,提出了其后续发展的可行性方向。

摘要：微半球谐振陀螺的电极间隙一致性直接影响陀螺的输出性能,为满足陀螺的高精度间隙调整,利用静电电容检测的方法对电极间隙进行表征,并通过精密位移调节陀螺电极间隙。构建了陀螺装配误差模型,仿真分析装配误差对周向静电电容的影响,设计开发了高精度多通道电容同步检测电路,测量精度误差<1.8%,重复测试偏差<6%,实现了静电电容的高精度测量。搭建了高精度陀螺装配实验平台,基于采集的周向电容,微调电极间隙,降低周向电容的离散程度。最终完成陀螺高精度装配与固定。实验结果表明,陀螺周向间隙误差≤5.6%,周向静电电容标准差为14.47fF,离散系数为5.5%,装配精度显著提高。

摘要：针对增材制造过程中由于激光能量密度高度集中而造成有限元热-应力分析熔覆区域出现高度非线性分析特征,需要对熔覆区域进行局部网格加密处理,保证有限元分析结果精度的同时减少整体网格数量,提出一种基于扫掠法的过渡层六面体网格自动生成算法,实现对高度非线性分析区域识别并进行局部网格加密处理。算法对激光定向能量沉积有限元几何模型进行网格疏密区域划分,采用过渡层结构连接不同密度的六面体网格单元解决相容性问题。应用实例表明,该方法对网格划分结果高度可控,可实现全局六面体网格划分及熔覆区域网格加密处理,网格单元分布合理且整体网格质量高。

摘要：为了准确感知探针接触,降低探针损坏更换频率,设计并制作了一种基于压电效应的力感知探针。利用有限元软件优化设计压电厚膜感知层的结构尺寸,并基于电流体喷印工艺完成曲面共形压电厚膜的制备。搭建力感知探针标定系统,分析推导出灵敏度公式,并计算不同接触速度下的接触力。测得在0.2 mm/s的接触速度下,力感知探针的灵敏度达到744.203 pC/N,非线性误差为4.26%。实验结果表明,该力感知探针具有占用空间小、结构简单和灵敏度高的特点,在防止探针接触变形、感知接触力等方面有广阔的应用前景。

摘要：为研究2.5D C_(f)/SiC刹车材料的浮动磨削加工性能,设计单因素试验探究了砂轮转速、工作台调定压力和磨削深度对磨削力、表面粗糙度和表面形貌的影响规律,分析了磨削表面典型加工缺陷及材料去除机理。结果表明:砂轮转速、工作台调定压力和磨削深度对法向磨削力影响显著,对切向磨削力影响不大;工作台调定压力对表面粗糙度的影响程度最大。2.5D C_(f)/SiC刹车材料以脆性断裂去除方式为主,不同纤维方向上的加工缺陷形式存在差异,其主要加工缺陷为界面脱粘、微裂纹、基体破碎、纤维剥离及破碎。试验通过单因素方法分析得到了较好的表面质量,表面粗糙度Sa可达0.6μm左右。

摘要：悬丝摆式加速度计具有小型化、大量程和抗冲击的特点,在航空航天领域得到广泛的应用。其底座与摆组件的精密装配,目前仍以人工装配为主,具有装配精度差、悬丝张紧力不易控制,人工焊接时焊接参数难以保证、焊点质量不佳等问题,导致产品的良品率较低。为此,研发了一套悬丝摆式加速度计底座组件自动装配与焊接设备。根据零件特点与装配环境,采用视觉与力觉反馈控制,实现底座与摆组件位姿和悬丝张紧力的自动调整。基于C++语言,开发了分层架构的控制软件。设计温度反馈控制的焊接工艺流程与焊接策略,并通过有限元仿真与焊接实验进行验证。实验结果表明:该设备可实现自动装配与焊接功能,底座组件的装配精度与焊接质量符合技术指标要求,提高了产品质量。

摘要：为了测量作用位置可变的大量程矢量力,设计了多点支撑式压电测力仪。对不同作用点下测力仪的灵敏度差异性进行分析和预测,以实现精准测量变作用位置的大量程矢量力的目标。对造成测力仪不同测试位置的灵敏度差异的影响因素进行分析,得到测力仪工作面域内不同作用点下的灵敏度与测力单元力电转换系数之间的关系。进行三向变加载点标定实验,获得不同作用点下测力仪的灵敏度实验值。建立LS-SVM预测模型,利用变加载点实验结果对模型进行训练。验证实验表明,该模型预测的不同作用点下的测力仪灵敏度值与真实值的偏差小于3%。采用LS-SVM模型对不同作用点下的多点支撑式压电测力仪灵敏度进行预测具有快速、可靠和高精度的特点,该方法用于定量分析复杂关系量是有效的。