变截面柔性铰链变形分析计算方法

柔性铰链的几何结构对其性能有着直接的影响。文中分析了变截面柔性铰链的变形特性,给出了变截面柔性铰链的特征厚度比和等效截面厚度的概念。定义了平均截面厚度的修正系数,通过算例给出了不同特征厚度比对应的修正系数值,以此对变截面柔性铰链的平均截面厚度进行修正得到等效截面厚度,进而采用伪刚体模型法分析变截面柔性铰链的变形。实例计算结果表明,经过修正计算得到的变形结果与有限元法的分析结果具有很好的一致性,表明了修正系数的合理性。

具有零刚度特性的微动平台优化设计

针对传统常力机构存在的运动副间隙、装配误差和摩擦磨损等问题,设计了一种基于柔顺机构的常力微动平台。平台利用直梁正刚度和双稳态梁屈曲行为产生负刚度来实现其零刚度特性。平台由对称的直梁、双稳态梁和刚性连接块组成,直梁和双稳态梁通过连接块并联连接。采用伪刚体法和椭圆积分法相结合的建模方法,建立反映常力平台力学性能的理论模型。通过与有限元分析结果进行比较,分析结果显示所建立的模型能准确反映常力平台的力学性能。基于所建立的力学模型,提出一种提高平台常力运动范围和承载能力的优化设计方法。制作样机对该平台力学性能进行实验测试,实验结果表明,平台能在输出位移范围为[0.6~1.7]mm内能够保持约48N常力,证明了常力平台设计思路的可行性、所建模型的准确性和优化方法的有效性。

柔性电热镍微夹钳结构设计及加工测试研究

把柔性机构的设计方法——伪刚体法应用于柔性微夹钳的设计中，得到一种新结构形式的电热微夹钳，用UV—LIGA方法进行加工制作，并进行动态性能测试．从对称的平面十杆刚性机构得到其伪刚体模型，对伪刚体模型进行优化并柔性化得到放大20倍的柔性微夹钳钳体，通过仿真验证了设计的正确性和可靠性．V形电热驱动器与柔性钳体集成到一起，形成柔性电热微夹钳．用SU-8胶做电铸铸模，钛和二氧化硅做牺牲层，铜做种子层，在氨基磺酸镍电铸液中进行电铸，加工出最小特征尺寸10μm，厚度30μm的电热镍微夹钳．最后对制作的微夹钳在0～1．5V直流电压下进行动态测试，夹持端位移最大可达24μm．

一种新型2自由度微操作平台设计与试验

为了满足微操作平台结构紧凑、大运动行程、高固有频率、运动解耦和高运动精度的要求,设计了一种以杠杆柔性机构进行位移放大,以双复合平行四杆柔性机构为导向机构的新型二维微操作平台。采用伪刚体法和虚功原理建立了反映平台静刚度、位移放大率和固有频率的力学模型。制作样机并搭建了试验测试系统对平台性能进行测试,试验结果表明,平台位移放大率可达4.5倍,刚度为5.79 N/μm,固有频率为580 Hz,反映平台沿x和y方向的耦合度的指标分别为1.3‰和1.2‰,沿x和y轴方向的重复定位精度分别为0.68μm和0.72μm。所以,所设计的平台实现了设计目标。

S形折叠式柔性铰链结构设计

为了减小柔性铰链的转动刚度,依据串并联关系,设计了S形折叠式柔性铰链。使用伪刚体法和能量法,建立了S形柔性铰链的刚度模型。利用ANSYS建立了该柔性铰链的有限元模型,对铰链进行了刚度和应力分析,并将其与理论值进行了比较,得到刚度误差约为3%,验证了刚度模型的准确性。当转角达到最大值±35°时,安全系数为4,符合设计要求。

ICPF驱动的柔性微型机器龟腿的动力学分析

一种新型仿龟的柔性微型机器人,具有四条腿并能在水下爬行和游动,其中龟腿由一种智能薄膜ICPF(Ionic Conducting Ploymer Fil m)驱动。ICPF具有被低电压驱动、柔性和快速响应的特点。为了提高机器龟的可靠性和灵活性,我们运用伪刚体动力学法(PRBDM)建立了机器龟腿的动力学模型,此模型是基于静力学和运动学并考虑了动态影响因素建立起来的。然后,分析了机器龟腿的角位移幅度系数的变化规律。最后通过实验测量了机器龟腿末端的位移,其变化规律与理论上推导出的结果相近,因此验证了龟腿的动力学模型可以比较精确地反映龟腿的摆动角度位移,可以分析龟腿的频率特性。

一种双层回转柔性铰链的设计

为了提高回转柔性铰链的平移刚度和回转角度,将直梁与曲面弧形板相结合,形成柔性铰链的变形体,进行了双层回转柔性铰链的设计。基于固定-导向梁的伪刚体模型和串并联弹簧的刚度等效方法,建立了铰链的回转刚度模型。同时,基于伪刚体法建立了柔性铰链的径向平移刚度模型;利用ANSYS软件建立了有限元仿真模型,与理论模型进行了比较,误差约为7%和3%,证明了刚度模型的正确性。通过回转刚度和平移刚度分析,得到所设计的柔性铰链静力学性能,其径向刚度为2N/mm,可回转角度为30°。