球体质量块型六维加速度传感器的最大工作频率

工作频带是加速度传感器的重要性能指标之一,但六维加速度传感器的最大工作频率目前尚不明确。鉴于此,分别以实心球体质量块型和空心球体质量块型六维加速度传感器为研究对象,构建了系统最大工作频率的数学模型。首先,通过虚拟实验,获得了传感器基频及最大工作频率与质量块直径和支链刚度之间的数据对。接着,分别绘制了基频和最大工作频率的性能图谱,并运用多元线性回归理论拟合了数据对。最后,运用线性包络原理建立了2个频率之间的映射关系。结果表明,最大工作频率始终介于基频的1/35~1/30区间内。

课外项目参与机械原理课程考核的实践探索

针对机械原理课程单一考核形式存在诸多不利影响的问题,提出了一种课外项目参与课程考核的实践方案。详细阐述了一个基于3-RRR(R表示转动副)平面并联机构杆组拆分的课外项目案例。通过项目选题、小组分工、独立计算、成果汇总、项目答辩5个环节,学生完成了项目考核的全部内容,并对平面机构的组成原理与结构分析有了更深刻的理解。这有利于提升学生的知识水平、专业技能、工程意识和科研素养,同时也是贯彻落实素质教育、创新教育理念的良好体现。

可重构3-RRR并联机器人的“点对点”路径规划

通过拓扑重构,可以提高并联机器人的静刚度、故障修复等性能,但机器人重构之后能否到达任意指定的位姿且不经过奇异位形,尚无定论。为此,以可重构3-转动副转动副转动副(3-revolute-joint,revolute-joint,revolute-joint,3-RRR)并联机器人为研究对象,提出了一种能够实现“点对点”路径跟踪的规划算法。首先,建立了机构重构之前的反向运动学模型,据此确定了6组重构序列。接着,构建了一种“四步”规划算法,适用于任意自由度的可重构并联机器人的“点对点”路径跟踪,具有直观的几何解释,并且能够消除全部的奇异位形;通过算例验证了规划算法的有效性。然后,基于螺旋理论,计算出各组参量下的输入、输出和局部传递指标值,据此,确定了重构序列下的最优输入参量。最后,将“点对点”路径规划算法推广至连续路径规划的情形。

并联式六维加速度/力感知机构的设计及分析

为了解决感知机构对加速度和力信息同时反馈的问题,设计了一种基于3-RPR平面并联机构的六维加速度/力感知机构,推导了解耦算法,分析了解耦精度、灵敏度与结构参数之间的关联。首先,综合运用Angeles特征长度法和Gosselin奇异分析法,绘制了并联机构的奇异曲面;其次,设计了感知机构的结构模型,分别运用Kane方程和静力平衡方程推导了加速度、力解耦算法;然后,基于半闭环思想,构建了加速度误差补偿算法;最后,通过分析并联机构的静刚度矩阵,推导多维传感器灵敏度的定义式,揭示了结构参数对解耦精度和灵敏度的影响规律。实验结果显示,线加速度、角加速度、力及力矩的解耦误差分别小于8.8242×10^(-4),4.2914×10^(-6),0.4461×10^(-6)和8.6297×10^(-6),为感知机构的尺度综合提供理论指导。

完全各向同性的Stewart型六维加速度感知机构构型综合

各向同性是六维加速度感知机构的重要性能指标之一,决定了传感器的测量精度。为获得感知机构的完全各向同性,提出了一种新的构型综合方法。首先,运用Newton⁃Euler法并基于支链之间固有的尺度约束关系,构建了Stewart型六维加速度感知机构的正向解耦方程。其次,剖析了感知机构的各向同性与正向解耦方程中输入矩阵条件数的关联,以及支链位姿与输入矩阵的映射关系。创建了完全各向同性感知机构的构型综合步骤。最后,遵循该步骤,综合出“12⁃6”式Stewart型六维加速度感知机构,并开展了虚拟实验。将添加0.100%随机扰动和零扰动这两种情况相比较,结果显示,六维加速度的最大引用误差为0.169%,也即输入、输出误差的放大倍数仅为1.69。这表明,新构型具有优异的各向同性性能。

可重构3-RPR平面并联机构的静刚度研究

以3-RPR平面并联机构为研究对象,通过设计一种在驱动、被动和锁定3种状态之间相互切换的移动副和转动副锁定装置,实现机构的重构。对重构前、后机构的静刚度特性进行理论建模和软件仿真。通过锁定任意两个运动副的方式,实现机构的拓扑重构。根据动平台的运动状态对锁定方式进行分类,并建立机构的反向运动学模型。对机构的雅克比进行推导,并基于虚功原理,推导静刚度矩阵。最后,对重构前、后的机构进行静力学虚拟实验,对比分析实验数据。结果表明:拓扑重构可以提升平面并联机构的静刚度性能。特别地,动平台做定轴转动时,其静刚度的提升效果尤其明显。这为少自由度可重构并联机构的性能评价和参数优化提供了理论依据。

基于ADAMS二次开发的六维加速度感知机构的性能优化

构建了六维加速度感知机构的二次开发系统,可实现不同构型和不同尺寸间的转换。给出了基频和灵敏度的计算结果,并以灵敏度为主要性能指标,提出了9-3、12-6和6-6构型的一种参数优化方法。结果显示:6-6构型的线加速度灵敏度和角加速度灵敏度分别提升了2.4倍和4.1倍;9-3构型、12-6构型的线加速度灵敏度均提升了2.4倍,角加速度灵敏度均提升了3.6倍。

Stewart型并联机器人的奇异对其运动精度的影响

以9-3 Stewart型并联机器人为研究对象,分析其在机构接近奇异位形时动平台运动精度的情况。通过计算并联机器人速度Jacobian矩阵的行列式得到奇异点的坐标。通过虚拟样机实验,得到动平台参考点位置反解和正解计算的相对误差。用转动Jacobian矩阵条件数的倒数来度量机构接近奇异的程度,并分析该程度与上述相对误差之间的映射关系。研究结果表明:当指标值大于7.027×10^(-5)时,正、反解的相对误差可忽略不计,这为奇异规避、路径规划等后续工作提供了理论参考。

并联式六维加速度感知机构动力学模型的失效情况研究

以三种典型的并联式六维加速度感知机构为例,剖析动力学模型失效时的情况,并揭示失效机理。首先,通过计算机构雅可比矩阵的秩,挖掘动力学方程失效的第1种原因——奇异位形。其次,通过分析机构的工作频带,挖掘动力学方程失效的第2种原因——基频共振。然后,通过分析机构支链出现故障时的输入输出关系,挖掘动力学方程失效的第3种原因——支链故障。最后,开展了虚拟样机实验。研究表明,六维加速度感知机构在实际工作时,应避开以上3种情况。

并联式六维加速度感知机构的操作性能研究进展

六维加速度感知在机器人、航空航天、超精密加工等领域均具有迫切的应用需求,已成为高端装备向“超精尖”发展的一项核心技术。并联式六维加速度传感器具有结构紧凑、动力学解耦精度高等突出优势,其测量性能与感知机构的操作性能有关。从工作机理的角度,阐述了并联式六维加速度感知机构与并联机器人、并联式六维力感知机构之间的差异。从数学和力学的角度,系统阐释了并联式六维加速度感知机构的静刚度、奇异性、基频共振和故障修复四项操作性能的表征和优化方法,并剖析了现有方法尚不具备自适应性的原因。接着,阐明六维加速度标定平台的必要性和基本要求,并分析了四种原理方案的优缺点。最后,指出挖掘感知机构“性能-结构-激励”三者之间的内在联系,并突破几何/拓扑结构的重构、标定平台的设计和优化这些关键问题,有助于充分发挥并联式六维加速度感知机构的性能优势。

并联式六维加速度感知机构的三支链故障自修复

针对六维加速度感知机构在部分输出信号失真时动力学解耦算法完全失效的问题,通过挖掘传感器输出量之间固有的协调关系,提出了一种适用于并联式六维加速度感知机构三支链故障的自诊断、自修复算法。首先,基于感知机构内部冗余支链的变形协调条件,推导出了6个电荷协调方程,并构造了一种正六边形的协调闭链结构。其次,引入“消去原则”,并运用数形结合的思想,基于上述协调闭链,提出了一种故障自修复算法,可修复196种三支链故障,自修复率高达89%。最后,进行了虚拟样机试验。结果显示:采用自修复算法后,并联式六维加速度感知机构的综合解耦误差减小了43.04%,且满足实时性要求,由此验证了所提算法的有效性、可行性。

Stewart并联机构运动Jacobian矩阵表达形式的多样性

现有文献中Jacobian矩阵存在多种表达形式,不利于指标值的统一评估和对比。为此,通过剖析Stewart并联机构运动Jacobian矩阵的机理,找到引起上述现象的根本原因,用欧拉角及其导数描述动平台的转动速度并运用位置方程求导法推导出第1类形式的Jacobian矩阵;用角速度矢量描述动平台的转动速度,并运用环路方程法推导出第2类形式的Jacobian矩阵;将动平台上与静坐标系原点重合的点选为线速度基点,并运用环路方程法推导出第3类形式的Jacobian矩阵。运用角速度加法公式和线速度基点法,构建不同形式Jacobian矩阵之间的映射;运用矩阵理论推导各Jacobian矩阵行列式之间的关联。通过数值算例验证上述结论的正确性,并绘制机构的奇异曲面。所得结论为并联机构的型综合、型优化提供了理论指导。

学术性图书馆创新型馆员队伍建设探索实践——以上海交通大学图书馆为例

馆员队伍建设是图书馆事业稳定发展的基石。回顾40年发展历程,上海交通大学图书馆始终坚持紧密围绕学校“人才强校”发展战略需要,围绕着学术性和创新型两个关键词,不断调整和优化组织机构以及馆员队伍结构,探索建立了一条创新型馆员队伍建设实践路径,包括一个办馆理念、三项办馆视野、一套队伍建设体系、四项馆员基本能力,即“1314”路线图,以培养一支高水准馆员队伍,建设与世界一流大学相匹配的高水准、智慧型、特色化的信息知识服务中心。

一种新的可重构三自由度平面并联机构的结构设计及运动学分析

设计了一种新型的可变胞运动副,可用于实现3-转动副转动副转动副(Revolute-joint,revolute-joint,revolute-joint,RRR)平面并联机构的重构,进而推导并验证了R-R-R和转动副移动副转动副(Revolute-joint,prismatic-joint,revolute-joint,R-P-R)两种模式下的运动学模型包括正解方程和逆解方程,可用于计算并联机构的奇异位形和工作空间。研究结果表明:所设计的可变胞运动副能够实现机构的重构功能;两种模式下的运动学正解算法一致,均为一元八次方程;R-R-R型的运动学逆解为三个一元二次方程,R-P-R型的运动学逆解可直接用两点间的距离公式表达。最后,通过虚拟样机实验,验证了运动学模型的正确性。

六维加速度传感器标定平台的设计与仿真研究

针对现有的多维运动平台无法满足六维加速度传感器标定要求的问题,设计了一种能够输出4种运动模式的六维标定平台。建立了该标定平台的虚拟样机,并通过仿真实验,分析了4种典型构型的六维加速度传感器在不同标定模式下的输入-输出关系。实验结果与传感器系统正向动力学的理论计算值一致,验证了标定平台的有效性,为后续解耦算法的优化奠定了理论基础。运用VB和SolidWorks软件开发了标定平台三维模型的二次开发系统,确保了标定平台能够在4种运动模式之间进行快速切换,并实现自动仿真,提高了模型的开发效率。

9-3 Stewart型并联机器人的结构设计及奇异位形分析

以一种9-3 Stewart型并联机器人为研究对象,对其进行结构设计及奇异位形分析。通过设计三重复合虎克铰链,减小了运动学求解难度;通过设计可转换主、从运动的变胞移动副,实现了变拓扑驱动;基于环路方程法推导出了并联机器人的速度雅可比矩阵,并运用代数法分析了并联机器人的奇异位形,得到了并联机器人的位置奇异曲面和姿态奇异曲面。研究内容为该并联机器人后续的轨迹规划及工作空间优化奠定了理论基础。

Solution for Output Coordination Equations of Several Typical Parallel Six-Dimensional Acceleration Sensing Mechanisms

Aiming at the problem that it is difficult to generate the dynamic decoupling equation of the parallel six-dimensional acceleration sensing mechanism,two typical parallel six-dimensional acceleration sensing mechanisms are taken as examples.By analyzing the scale constraint relationship between the hinge points on the mass block and the hinge points on the base of the sensing mechanism,a new method for establishing the dynamic equation of the sensing mechanism is proposed.Firstly,based on the scale constraint relationship between the hinge points on the mass block and the hinge points on the base of the sensing mechanism,the expression of the branch rod length is obtained.The inherent constraint relationship between the branches is excavated and the branch coordination closed chain of the“12-6”configuration is constructed.The output coordination equation of the sensing mechanism is successfully derived.Secondly,the dynamic equations of“12-4”and“12-6”configurations are constructed by the Newton-Euler method,and the forward decoupling equations of the two configurations are solved by combining the dynamic equations and the output coordination equations.Finally,the virtual prototype experiment is carried out,and the maximum reference errors of the forward decoupling equations of the two configuration sensing mechanisms are 4.23%and 6.53%,respectively.The results show that the proposed method is effective and feasible,and meets the real-time requirements.

增强型体外反搏对急性ST段抬高型心肌梗死患者急诊PCI术后冠脉血流的影响

目的分析增强型体外反搏(EECP)辅助治疗对急性ST段抬高型心肌梗死(STEMI)患者急诊经皮冠状动脉(冠脉)介入治疗(PCI)术后冠状动脉血流的影响。方法以74例急性STEMI患者为研究对象,随机分为研究组(37例)与对照组(37例)。两组均行急诊PCI,研究组术后给予EECP辅助治疗,对照组术后给予气囊包裹但不进行EECP治疗。比较两组不同时点[PCI术后即刻(t1)、EECP/气囊包裹30 min时(t2)、EECP/气囊包裹停止后5 min(t3)]的主动脉血压[收缩压(SBP)、舒张压(DBP)],不同时间点(t1、t3)校正的TIMI帧数(cTFC),手术前后血清心肌损伤标志物[N末端脑钠肽前体(NT-proBNP)、心肌肌钙蛋白I(cTnI)、肌酸激酶同工酶(CK-MB)]水平,不良事件与主要不良心脑血管事件(MACCEs)发生情况。结果研究组与对照组t1和t3时主动脉SBP与DBP比较无统计学差异(P>0.05);t2时,研究组SBP(112.8±8.5)mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa)显著低于对照组的(121.3±12.9)mm Hg,DBP(81.3±9.0)mm Hg显著高于对照组的(75.2±10.7)mm Hg(P<0.05)。研究组与对照组t1时cTFC分别为(34.6±14.3)帧与(33.2±12.9)帧,比较无统计学差异(P>0.05);研究组t3时cTFC(25.3±12.2)帧低对照组的(32.7±14.0)帧(P<0.05)。两组术前血清NT-proBNP、CK-MB与cTnI水平比较无统计学差异(P>0.05);两组术后2 h血清NT-proBNP水平均降低,且研究组低于对照组(P<0.05);两组术后2 h血清CK-MB与cTnI水平比较均无统计学差异(P>0.05)。两组不良事件发生率及MACCEs发生率比较无统计学差异(P>0.05)。结论EECP可减少急性STEMI患者急诊PCI术后慢血流与心肌损伤,安全性好。

一种新型9-3可重构并联机构的设计、拓扑特性与重构分析

可重构并联机构具有变自由度及变构型的优点,设计了一种零耦合度、含3条冗余支链的新型9-3可重构并联机构。基于方位特征方程的并联机构拓扑结构设计理论与方法,创建了并联机构拓扑分析的模块化公式,并解析了机构的拓扑特性。基于一种可转换主、从运动及锁合的变胞移动副,利用主动模式与从动模式,将9-3型可重构并联机构转换为6-3A和6-3B这两种构型,并计算了它们的拓扑指标。结果显示,它们的耦合度分别为0和1。利用锁合模式,将6-3A型并联机构进行重构,得到了5类少自由度并联机构。特别地,以一种三自由度重构构型为例,详细分析了其拓扑特性。

并联式六维加速度传感器的哈密顿动力学研究

针对六维加速度传感器在解耦难度与结构复杂度之间存在矛盾的现状,通过Legende变换,并用四元数来描述旋转运动,建立并联式六维加速度传感器的哈密顿约束正则方程。依据四元数的性质,在相空间内推导出系统哈密顿变量之间隐含的正交关系式,并据此给出一种求解微分代数方程的显式递推算法。通过构建系统内的固有约束关系并求解相容线性方程组的最小范数解,对动力学方程的计算误差进行修正。通过仿真和试验对系统的动力学模型及其算法进行验证,结果相一致,且计算效率较高。研究表明:应用相空间内的哈密顿动力学理论,可以实现并联式六维加速度传感器这类多体系统在一般工作环境下的动力学解耦。