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基于大行程柔性铰链的6自由度并联机器人系统的研究
随着机器人技术的逐步完善,适于特殊作业的机器人种类也日益增多,其应用领域不断拓展到微电子制造,MEMS封装与组装,高精密机械加工与装配,生物芯片制备,大范围高速扫描检测装备等行业.随之而来的,各行业对机器人的性能指标提出了越来越高的要求,追求机器人的高定位精度,高重复精度,高分辨力,同时还要求其工作范围大,质量轻,能耗低等,从而对机器人结构的设计提出了更高的要求.在这样的前提之下,为满足人类向微小世界探寻的需要,作为机器人技术发展的一个重要分支,微操作机器人成为机器人学中十分活跃的研究领域. 本文结合国家"863"计划项目"6自由度纳米级宏微操作机器人的研究(项目编号2002AA422260)"和"原型装置靶瞄准定位系统工程预先研究项目(项目编号863-804-5)",共搭建了3套实验系统,其中采用了单一驱动以及双重驱动两条技术方案.在广泛的分析了目前已有的柔性精密定位系统,并联精密定位系统和宏/微双重驱动系统的基础之上,针对目前大范围运动定位与高精度定位的应用实际需要,提出了大行程柔性铰链的概念设计,并以此构建六支链大行程柔性并联结构定位系统,为满足超高精度的定位需要,在并联支链中集成了压电陶瓷驱动,构成了宏/微双重驱动并联结构系统,充分体现了驱动,结构,检测一体化的设计思想. 在结构单元的设计方面,针对当前柔性铰链运动范围小等问题,在通用的球副柔性铰链的基础之上,提出了大行程柔性铰链的概念设计;在柔性并联结构的设计方面,提出了在通用的并联结构系统中,采用大行程柔性铰链代替传统运动副的设想,建立基于大行程柔性铰链的并联结构系统. 在大行程柔性并联结构的运动学建模方面,利用材料力学的基本原理和小变形假设,推导了大行程柔性铰链的数学模型,并给出了在全局坐标系下的显式表达;在此基础之上,通过刚度组集的办法建立了大行程柔性铰链并联结构柔性支链的运动表达式,通过联立运动位移协调方程和力约束协调方程,建立了并联结构的位置解模型. 由于并联结构系统中的各部件,特别是柔性铰链结构在自身变形提供整体结构的运动输出的同时,还经历了大范围的刚体运动,导致大行程柔性并联结构的位置解模型成为典型的几何非线性问题.鉴于此,本文首先推导了空间柔性结构的几何非线性的刚度递推模型,并利用牛顿-莱弗森方法对该模型进行了求解.由于几何非线性模型的迭代求解方式,导致该模型的实时性很差,不易移植至控制系统进行实时控制求解,故在大量的试验尝试的基础之上,选择了BP神经网络方法,建立了3层六输入-六输出的位置解神经网络结构,从而在方便了实时控制编程的同时,还大大提高了系统的位置解的求解速度. 由于柔性并联结构的位置解模型中不仅仅包括结构中的位置信息,还提供了结构中相关的力信息以及刚度信息,本文在上述位置解模型的基础之上,给出了该类系统的刚度模型,并建立了并联结构中的结构参数和尺度参数对系统刚度的影响图谱,对这类系统的结构综合以及优化设计提供了有力的工具. 在大行程柔性并联结构的动力学建模方面,采用了欧拉梁理论和有限元方法,由拉格朗日方程建立了基于实际位移的大行程柔性铰链并联机器人各支链的动力学模型,并通过位移协调方程和动力协调方程,最终得到并联系统的动力学模型.综合采用了纽马克方法和牛顿-莱弗森方法解决了系统动力学求解问题,并通过一个算例进行了基于逆动力学的求解仿真. 在大行程柔性并联结构的样机实验方面,我们提出了采用大行程柔性铰链作为被动关节的6-PSS并联机器人系统,该系统采用压电马达作为驱动器,精密光栅尺作为位置反馈元件,其可在立方厘米级的工作空间内实现微米级精度的运动;在此基础之上,我们在并联机器人的支杆中嵌入压电陶瓷,在压电马达的宏运动结束之后,压电陶瓷可以驱动并联机器人进一步的微调,从而得到一个6-PSS和6-SPS结合宏微双重驱动并联机器人系统,其中,微动系统可在微米级运动空间内实现纳米级的运动精度.基于大行程柔性铰链的宏微双重驱动并联机器人系统,可以同时满足大工作空间和高精度的工程需要.此外,我们将大行程柔性铰链并联机器人系统,成功的应用到激光瞄准靶支撑装置中,其厘米级的运动范围和纳米级的运动分辨力,使其在神光III系统中发挥了十分重要的作用.
哈尔滨工业大学 2021-05-04
基于大行程柔性铰链的6自由度并联机器人系统的研究
项目成果/简介:随着机器人技术的逐步完善,适于特殊作业的机器人种类也日益增多,其应用领域不断拓展到微电子制造,MEMS封装与组装,高精密机械加工与装配,生物芯片制备,大范围高速扫描检测装备等行业.随之而来的,各行业对机器人的性能指标提出了越来越高的要求,追求机器人的高定位精度,高重复精度,高分辨力,同时还要求其工作范围大,质量轻,能耗低等,从而对机器人结构的设计提出了更高的要求.在这样的前提之下,为满足
哈尔滨工业大学 2021-01-12
一种面向变截面柔性电子的恒应力收卷控制系统及其方法
本发明属于柔性电子收卷控制相关技术领域,并公开了一种面 向变截面柔性电子的恒应力收卷控制系统,其包括张力传感器、张力 控制器、卷径传感器、内应力测量装置、内应力控制器和执行件等; 其中卷径传感器用于实现料卷外径的测量;张力传感器用于检测薄膜 张力并反馈给张力控制器实现张力的闭环控制;内应力测量装置包括 一组压力传感器、导电滑环以及若干固定零件,并用于实现料卷内部 应力分布状态的测量并将其馈给张力控制器,实现料卷内部应力的闭 环控制。本发明还公开了相应的收卷控制工艺。通过本发明,能够以 更为高效和高精
华中科技大学 2021-04-14
一种适用于成卷柔性电子器件的逐片转移装置
本发明公开了一种适用于成卷柔性电子器件的逐片转移装置, 包括薄膜进给单元、载带输送单元、真空辊吸附单元、压辊转移单元 和废料剔除单元,其中薄膜进给单元用于薄膜的进给运动并对薄膜进 行模切,模切后的薄膜经真空辊吸附单元驱动至压辊转移单元,模切 后的薄膜在压辊转移单元中实现与载带之间的粘着和固定,废料剔除 单元则根据工况需要提供多种对废料的实时检测和剔除操作。通过本 发明,各个模块单元之间相互联系,共同协作,实现对成卷柔性电子 器件逐片的高速检测转移过程,同时具备运动稳定性和可靠性好等优 点。
华中科技大学 2021-04-14
一种C反应蛋白柔性汗液电化学传感器的制备方法
本发明公开了一种C反应蛋白柔性汗液电化学传感器的制备方法。传感器由CRP工作电极、碳对电极、银‑氯化银参比电极组成,通过结合MIP和卟啉金属有机框架材料(PMOFs)‑金铂双金属纳米颗粒复合物,特异性检测汗液中的CRP含量。卟啉用作仿生催化剂,模拟细胞色素酶(P450)的催化效果,配合具有等离子体增强电化学氧化性能的金铂双金属纳米颗粒(AuPt NPs),显著提高了电子传输效率,放大检测信号,从而提升传感器的灵敏度。本发明CRP柔性汗液电化学传感器具有制备方法简单,成本低廉,能够无创、快速检测汗液CRP含量,全面捕捉人体炎症状态的变化趋势,灵敏度高等优势,对汗液CRP的高稳定性和高特异性监测具有重要意义。
南京工业大学 2021-01-12
一种用于汗液中多巴胺检测的柔性场效应晶体管及应用
本发明公开了一种用于汗液中多巴胺检测的柔性场效应晶体管及其制备方法。通过高熵普鲁士蓝类似物材料对柔性场效应晶体管进行表面修饰,显著提升了器件的电化学传感性能,使其对多巴胺有着较低的检测限和较宽的检测范围。该柔性场效应晶体管以聚酰亚胺为衬底,具备良好的柔韧性和稳定性,适用于可穿戴式应用场景。其结构简单,制备工艺灵活,适合大批量生产。基于高熵普鲁士蓝类似物修饰的柔性场效应晶体管为柔性生物传感器在汗液检测领域提供了一种新的技术方案,为疾病早期诊断和个性化医疗提供了新的技术手段。
南京工业大学 2021-01-12
GL-CS-2E型 机电一体化柔性生产综合实训系统
GL-CS-2E型 机电一体化柔性生产综合实训系统是使用柔性制造技术中具有代表性的制造自动化系统,可实现多品种、中小批量的加工管理。柔性制造技术是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础上,将以往企业中相互独立的工程设计、生产制造及经营管理等过程,在计算机及其软件的支撑下,构成一个覆盖整个企业的完整而有机的系统,以实现全局动态优化,总体效益、柔性,优化以外产品并对其进行升级改造并进而赢得竞争的智能制造技术。
浙江高联检测技术有限公司 2021-02-01
聚四氟乙烯改性亲水膜工艺及处理应用
随着城市规模迅速膨胀,淡水资源严重缺乏、工业废水处理率低,城市的生态环境恶化成为制约城市发展的主要问题。以北京为例,数据显示目前人均占有用水量不足300 立方米,不及国际公认的缺水下限的1/3,仅为全国平均水平的1/8。这其中,工业用水量所占的比重很大。而冷却水用量占工业用水的60~65%。因而,解决好冷却水循环回用的问题,可以对城市的发展带来促进作用。在冷却水处理中,需要去除水中的钙镁等结垢性离子。这些离子通常是通过水处理剂使之沉淀,再利用固液分离技术来实现的。传统的固液分离技术(如澄清池等)中存在占地体积大、分离效率低、适用面窄、操作弹性小、对微细颗粒无法去除等缺点。由于传统固液分离技术缺点较多,人们一直关注新型分离技术的开发及应用,因此利用膜实现的微滤技术得到了迅速的发展。微滤技术是利用微孔膜本身极小的微孔(孔径一般为0.1~10 微米)对颗粒的吸附、截留、筛分等作用进行分离。微滤技术的核心为膜材料的选择,在众多的膜材料中,由于聚四氟乙烯(PTFE)不吸水、熔点高(327℃)、使用温度范围广(-200~260℃),具有不燃性及热稳定性、摩擦系数小,尤其具有耐化学性(能耐许多高腐蚀性介质)、耐气候性及抗电性等,因此成为国内外表面过滤首选材料。PTFE 膜极低的表面张力可以降低膜污染,并使膜的清洗操作更为简便。但PTFE 膜的强疏水性却限制了其在水溶液体系处理中的应用。本技术基于配位键合理论对常规的聚四氟乙烯疏水膜进行改性,得到亲水性聚四氟乙烯膜,用于水处理领域中的微滤技术,新技术应用前景广阔。 技术指标:1、过滤后溶液SS<1mg/L;2、可在强酸、强碱、强氧化性、强溶剂性条件下应用;3、操作压力0.05~0.15Mpa;4、处理温度5~150℃;5、处理通量1~1.1m3/m2·hr;6、使用寿命≥1 年。应用范围:可以适用于工厂循环水处理、污水处理及其它涉及固液分离过滤技术的领域。市场分析:随着人们环保意识的增强、各项环保制度规定的日益严格、水资源的严重缺乏,对工业及生活废水的资源化处理已成为当务之急,尤其是对于工业废水的处理迫在眉睫。而本工艺具有过程简单易行、能耗低、分离速度快、分离效率高、使用周期长等优点,因此,本项目具有广泛市场应用前景。效益分析:利用本技术改性的亲水聚四氟乙烯膜,成本较低,整个处理工艺设备简单,投资少,操作成本低,与传统技术相比能耗大大降低,具有显著的经济效益。
北京化工大学 2021-02-01
有机溶剂超深度脱水分子筛膜和成套装备
本项目国际上首次实现了分子筛膜材料的连续化合成。解决了无机分子筛膜材料生产的品质稳定性难题,保障了超低缺陷分子筛膜材料的大规模生产应用。 本项目基于国际首创的微波介电合成技术,通过微波连续镀膜装备的自主研发,进一步强化微波合成过程中的非热效应(如Maxwell-Wagner效应,选键活化效应等),弱化热效应,在国际上首次实现了高质量分子筛膜材料的连续化生产。专家组鉴定意见为:项目自主开发了连续化微波镀膜技术、自动化膜管后处理技术、分子筛膜管质量在线检测技术,并研制了相关生产与检测设备,形成了自动化分子筛膜连续生产线,年产量大于2万平米,合格品率大于99%,优级品率大于90%。这些指标与代表国际领先水平的日本三井造船和三菱化学的数据相比,具有5倍以上的单线产能提升和15%以上的合格品率提升,解决了分子筛膜材料生产的品质稳定性难题。更为重要的是,利用微波合成技术将分子筛膜的构成晶体从微米级缩小至纳米级,极大程度上消除了传统方法无法解决的系统缺陷,优级品分子筛膜表现出世界领先的分离选择性,为分子筛膜超深度脱水应用奠定了重要基础。
宁波大学 2021-05-11
一种纳米花生蛋白高分子复合膜及其制备方法
本发明公开了一种纳米花生蛋白高分子复合膜及其制备方法,包括以下步骤:(1)配制浓度为4mg/mL~12mg/mL的花生分离蛋白水溶液,调节溶液的pH为8‑9静置1‑2h;向花生分离蛋白水溶液中逐滴加入无水乙醇,至混合溶液中无水乙醇的体积分数为40‑80%,静置15‑30min,再加入交联剂,静置交联反应14‑20h,浓缩、干燥,得到纳米花生蛋白颗粒;(2)将基质、甘油用蒸馏水溶解,70‑90℃水浴15‑30min,冷却,得到基质溶液;(3)将纳米花生蛋白颗粒用蒸馏水溶解,得到纳米花生蛋白颗粒溶液,将其移入基质溶液中,调节溶液的pH为10‑12,真空脱气5‑10min,制膜,干燥,即得。本发明制备的纳米花生蛋白高分子复合膜的机械性能和阻水性能得到了显著的改善,可广泛应用于包装工业。
青岛农业大学 2021-04-11
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