伞状径向伸缩机构的参数分析与特性研究

伞状机构是铰接径向伸缩机构的一种变形,应用于井下控制工具中。由于其变径范围大,结构不复杂且输入、输出关系明确,因而用途较广。分析了伞状机构的径向伸缩原理,通过几何参数的推算,得出其输入量与输出量之间的关系。对影响伞状机构夹角和外径输出的几个尺寸参数进行分析,得出不同参数对输出的不同影响程度,进而确定影响最大的参数;对伞状机构的受力进行分析,得到驱动力的计算公式;对伞状机构的控制特性进行分析,得到在任意点处的系统传递函数。研究内容对伞状机构的整体设计与使用具有指导意义。

基于蜘蛛网结构的伞状可展机构设计与分析

根据蜘蛛网结构的几何特点,建立了蜘蛛网的结构简化映射模型。在此基础上,以平面四杆曲柄滑块机构为可展单元提出了一种新型伞状可展机构。利用ANSYSWorkbench软件对模型进行静力学分析与优化,给出了蜘蛛圆网结构模型中捕丝间距的最佳比例关系;同时,建立了蜘蛛网刚架模型的刚度矩阵,利用矩阵位移法给出了捕丝间的最优夹角。基于捕丝间距的最佳比例和捕丝最优夹角,提出了受力性能最佳的伞状可展机构,并对其静力学性能进行了仿真分析。结果表明:基于蜘蛛网结构模型优化后的伞状可展机构强度性能得到提升。最后,设计制造了展开直径为1.2m的可展机构模型,并对其运动过程进行模拟,验证了模型展开与收拢过程的有效性。

一种星载伞天线展开机构研究

天线展开机构使用动力绳在天线展开和收拢过程中易出现动力绳松弛、脱槽现象。以星载高精度伞状天线展开机构为研究对象,分析天线展开机构的工作原理;利用解析法获得展开机构的运动方程,结合天线展开机构运动部件结构参数,得到天线展开过程中展开机构动力绳的松弛规律;建立以展开机构结构参数为设计变量,以动力绳松弛量最小为目标的展开机构结构优化模型,通过模拟退火法进行求解,得到优化的展开机构结构参数;通过优化前后的展开机构展开、收扰功能试验,对机构工作时动力绳的松弛量进行测试,并对优化的展开机构正确性进行验证。结果表明:优化后的展开机构动力绳松弛量较优化前降低了90%,优化效果显著。

3种重要定心机构的误差分析

定心机构广泛应用于深孔类零件内孔测量装置中,定心机构的定心精度是影响测量误差的关键因素。文中分析了齿轮齿条定心机构、杠杆滑块定心机构和伞状定心机构的工作原理和定心误差,并对3种机构的定心误差大小进行了比较,结果表明伞状定心机构定心精度显著高于其他两种定心机构的定心精度。

基于Twin-Bennett机构固面可展开天线的优化设计

为了解决Twin-Bennett(TB)机构控制固面可展开天线展开过程的干涉问题从而提高收拢能力,对传统太阳花式天线分割方案进行了改进。通过指数积公式建立了该固面可展开天线设计参数与收拢率之间的数学模型,并以收拢率为目标函数对盘面分割方案进行了优化分析,通过多初值点序列二次规划算法得到了最优设计参数。针对收拢的同步性问题进行了伞状同步展开机构的设计,该同步机构能将直线运动转化为固面可展开天线的展开运动,同时能保证整体固面可展开天线的单自由度和同步性。最后进行了软件仿真和实物模型的制作。整体设计可提高传统太阳花式固面可展开天线的收拢能力,将收拢率从44%降低至37%,同时保证了驱动机构的简易性。仿真分析和3D打印模型结果证明了该方法的可行性和合理性。

复杂环境下旋转式变向管道清洗机器人及转向技术研究

针对目前管道清洗机器人的缺点,设计出一种可以根据管道内径变化而调整机器自身轮廓直径的机器人,同时使用旋转机构来实现机器人在管道大角度的转弯技术。机器人的整体运动则由直流电机与机械结构配合实现。机器人的直线运动由履带与直流电机构成,在机器人的机腿则由丝杠与螺母和直流电机的配合实现伞状结构以达到机腿在大范围内的伸缩变换。在机器人行进方向的改变上则创新性地使用旋转方式带动履带运动方向的改变,实现在管道内大角度的转弯。污物清洗则使用高压喷头实现;而直流电机则通过调控PWM脉宽来实现调控;在定位系统上则采用出租车定位系统。整体设计上运用巧妙的机械原理,实现了自适应式的伞状机腿伸缩结构,旋转式的转弯技术。为管道清理机器人的设计提供了新的优化方法与借鉴案例。

基于新型两层两环连杆的一族伞状可展机构的构型综合

雨伞的连杆机构是最经典的可展机构之一,它是由多个平面连杆或悬臂杆构建而成,呈现出来的是一种低刚度和低耦合性的肋式支撑结构。到目前为止,可用来构建高刚度伞状可展机构的空间闭环连杆可展单元很少。为此,开发一类含三转动副(3R)耦合支链的两层两环空间连杆,并以它们为单元构建多环耦合的伞状可展机构。基于自由度和对称性特征分析了此类两层两环空间连杆机构的结构形式。提出了一种简洁高效的模块化组合方法来综合两层两环空间连杆可展单元;根据机构的单自由度要求和结构的对称性建立了单元间的可动连接方式;根据综合得到的可展单元和单元间的可动连接方式构造出一族新型伞状可展机构。不同于传统的雨伞机构,这些新型伞状可展机构呈多环耦合状的桁架式结构,在航天装备、建筑结构、艺术结构等领域具有良好的应用前景。