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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
气提式内循环膜生物反应器处理污水的方法及其装置
本项目针对目前改进的一体式膜生物反应器方形箱体结构和方形隔板存在死角、水流阻力较大、氧利用率不高等问题,提出一种气提式内循环膜生物反应器处理污水的方法和相应的膜生物反应器装置,已申请发明专利,采用本方法可以在目前一体式膜生物反应器同等曝气量的条件下获得高的膜面流速、高的氧传质效率、有效的降低水处理能耗,减缓膜污染,延长膜清洗周期。本方法构造的膜生物反应器装置是根据气提式内循环反应器的圆柱形分别设计了柱状膜组件和横排膜组件,将膜组件直接置入气提式内循环反应器内桶即升流区,且将循环泵或自吸泵从膜生物反应器的低部加入内循环膜生物反应器的内桶,利用气提式内循环反应器的上升气流,且增加了上升水流,保证较好的水流流态有效地冲刷放入内桶的膜表面,一方面减轻膜污染,降低膜生物反应器的动力消耗,同时气提式内循环反应器的内捅对放入内捅的膜组件具有一定的保护作用,另一方面由于膜组件放入反应器内桶,可防止气泡在反应器内合并,避免形成大气泡,影响充氧效果,同时由于膜的过滤作用使内循环生物反应器存在的处理水中的生物絮体颗粒细小,用单纯沉淀法难于全部去除的问题得到解决。 应用范围:生化性较好的生活污水及工业废水的处理。 实施该项目的原材料国内大部分都可以解决,主要是膜组件、钢结构件及配件、测量仪器与仪表等。目前有配套设备加工协作单位,可以承担设备加工制作安装任务。部分测量仪表由国外相关专业公司提供。
北京科技大学 2021-04-11
一类自愈型超交联高分子-金属有机笼(HCMOPs)复合膜
南开大学化学学院张振杰研究员与利默里克大学的MichaelJ.Zaworotko教授、药物化学生物学国家重点实验室陈瑶研究员合作,首次提出超交联金属有机笼(hypercrosslinkedMOPs,简称HCMOPs)的概念,并成功制备一类新型的高分子-金属有机笼复合膜,即将可溶性的MOPs作为共聚单体参与聚合反应,同时MOPs作为高连接结点赋予膜材料优异的性能。该复合膜继承了MOPs(例如阳离子性质和永久孔隙率)和聚合物(例如自愈合能力、抗菌活性、高水通量和良好加工性)的优点。将MOPs引入高分子后,可显著提高膜材料的机械性能和选择性分离性能。自愈性能和抗菌活性也进一步扩大了HCMOPs膜的潜在用途(例如杀死病原体和改善膜的耐久性等),有望用于治理水资源中的病原体污染。HCMOPs膜不仅克服了传统混合基质膜的trade-off效应,并且提出一种用于制备高分子-MOPs复合膜的新方法。这个方法同样适用于其他可溶性多孔材料和其他高分子基质,为MOPs和膜材料的发展提供了一种新的方向。
南开大学 2021-04-10
锂离子电池内包装材料(电池膜)的开发及产业化
我国已经成为电池生产大国,国内电池行业对软包装材料的需求量十分巨大。该材料主要用于锂电池生产企业,包括手机电池、钮扣电池、笔记本电脑电池、DVD电池、照相机电池,以及将来的电动车电池等,涉及的行业非常广泛,预计到2015年总市场需求量将超过8000吨。但是,目前为止国内没有任何企业能够生产出完全满足要求的软包装材料,因此,软包装材料的研究和开发成为电池行业提高国产化率、降低成本和提升企业竞争力的迫切需要。华东理工大学于2003年联合江苏中金玛泰医药包装有限公司进行该类软包装材料的前期研究,主要研究内容是对聚合物锂电池软包装材料体系的成分、组织和功能进行一体化设计,开发出适合于聚合物锂电池生产工艺和技术要求的复合软包装成型材料,用于电池芯的内包装。经过多年的艰苦努力,目前已经掌握了该材料制备中的关键技术,尤其是已经很好地解决了复合膜耐电解液腐蚀的问题,并大幅提高了复合膜内膜的剥离强度。实验室小试样品已送至惠州TCL金能、东莞新能源、国光电池、合肥荣仕达、上海南都等几家电池厂试用,结果表明部分关键指标基本上能满足生产要求,小试样品的性能明显优于韩国产品,与日本产品相当,而在初始剥离强度和耐高温性能方面则超过日本产品。本项目具有自己的核心技术,相关的技术申请两项发明专利,一项获得公开,一项获得授权。
华东理工大学 2021-04-11
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