基于变柔性关节的机械臂运动误差研究

根据多关节柔性机械臂XN-600-1的结构特点,以刚性机械臂运动学模型为基础,建立了变柔性关节机械臂的运动误差模型,研究了其对整个操作空间的误差分布,对于设计过程中确定柔性机械臂的末端定位精度具有一定的指导意义。

柔性相变材料的制备及应用研究进展

相变材料是进行热能储存和温度控制的理想材料,可以在近乎恒温的可逆相变过程中存储和释放大量热量,具有温度变化小、储能密度大等优势。传统相变材料通常刚性较强,与热源壁面的接触空隙增大了其传热热阻,使得热管理效率降低,限制了相变材料的进一步应用。随着相变材料在电子设备热管理、智能调温织物等领域应用的深入,提升相变材料的柔性至关重要。本文综述了近年来有关柔性相变材料的研究,并详细分析了其具体应用场景,以期为柔性相变材料的进一步发展提供参考。

柔性相变复合材料及其应用研究进展

柔性相变复合材料因其兼具优异的相变储能特性、耐受外力形变的柔性及与控温器件复合的可加工性,在智能材料开发中受到研究者的广泛关注。文中详述了通过聚合物网络共混、多孔骨架吸附及相变分子结构设计等3种支撑结构策略制备柔性相变复合材料的研究现状;总结了其在电池热管理器件、可穿戴电子器件和柔性传感器等领域的应用;最后,对柔性相变复合材料的研究重点和未来发展方向进行了展望。

机器人变刚度柔性关节实验装置研制

针对本科生和研究生关于共融机器人的教学需求,采用基于阿基米德螺旋移位原理的支点调节机构具体化变刚度方案,研制了一套具有“模块化程度高、刚度调节范围宽、具有可拓展性”等优点的机器人变刚度柔性关节实验装置。该装置可用于关节刚度标定、关节刚度调节等实验教学,涵盖机械原理、机械设计、传感与测试技术、机电伺服系统设计等课程内容,有助于学生深入了解共融机器人特性,进一步提升学生的实践动手能力。

变截面柔性销的变形特性分析与工程应用

以某大兆瓦风电齿轮箱的变截面柔性销为研究对象,建立了考虑剪切变形影响的挠曲线微分方程,并使用格林函数法求解得到了变截面柔性销的挠度方程和转角方程;通过与工程算法和有限元方法的计算结果进行比较分析,验证了求解方法的有效性。利用Romax软件建立了风电齿轮箱仿真模型,验证了变截面柔性销的变形特性对啮合齿轮的齿面载荷分布以及均载系数的改善作用,并探究了销轴支承刚度、齿轮啮合错位对均载性能的影响规律。研究结果为风电行星齿轮箱均载性能提升及变截面柔性销设计优化提供了理论依据。

基于柔性相变材料的电加热棒温控实验研究

为了研究柔性相变材料对电池控温效果的影响,解决传统相变材料硬度大、易脆、安装不便的问题。以石蜡(PA)为相变基体,烯烃嵌段共聚物(OBC)为支撑材料,氮化硼(BN)为添加剂,熔融制备了一种PA-OBC/BN柔性相变材料,以电加热棒模拟电池发热,研究功率、间歇工作、添加剂、材料尺寸对加热棒控温效果的影响。结果表明:使用相变材料控温能够有效地降低电加热棒的表面温度,高加热功率下效果更明显;BN的加入,不仅可以增强控温效果,还可以显著地提高加热棒表面温度的均匀性,在实验范围内,表面最大温度差不超过0.3℃;通过压应力试验发现与以高密度聚乙烯(HDPE)为支撑基的相变材料相比,本柔性材料的硬度更低,韧性更高,延展性更好。上述研究可为柔性相变材料的温控及实际安装应用提供参考。

可降解柔性相变薄膜的制备及其热性能

为解决相变材料易泄漏、热导率低和力学性能差的问题,以生物基可降解聚乳酸(PLA)为基底,聚乙二醇(PEG)为相变工质,改性氧化铝(Al2O3)为导热添加剂,通过溶液共混法制备PEG/PLA/Al2O3柔性相变薄膜,用于热储能。相变薄膜可任意卷曲和折叠而不发生断裂,表现出良好的柔性。对其热性能、导热性能和降解性能等进行测试,结果表明:PEG和PLA具有良好的相容性,PLA作为支撑基底有效防止了PEG液体的泄漏,所制备的柔性相变薄膜具有良好的形状稳定性。PEG/PLA的熔融和凝固过程中的潜热分别为120.2和128.5 J/g,潜热留存率分别为62.2%和67.6%,添加20%的氧化铝,潜热值仅降低12.5%,而热导率提高了75.0%,热传递效率得到明显提升。PEG/PLA的降解速率明显高于PLA,PEG/PLA薄膜在NaOH溶液(pH=13)中4 h左右可完全降解,具有良好的环境友好性。

柔性聚乙二醇基相变储能材料的研究进展

固固相变材料(SSPCMs)在低温时放热,高温时吸热,具有储能特性,受到研究者的重点关注。聚乙二醇(PEG)具有焓值高、相变温度随分子量的变化范围广等优点,但其固液相变特性使其应用受限,所以通常将PEG封装后制备SSPCMs。但是封装后由于非热活性骨架的存在而使其储能密度、热导率和柔性均有所下降,目前的研究重点是在确保柔性的前提下提高热导率和储能密度。从掺杂多孔材料、微胶囊化、静电纺丝技术和聚合物交联四个方面对提高PEG的储能密度与柔性的方法进行了论述,并展望了未来的研究方向以及存在的挑战。

使用柔性定型相变材料进行动力电池热管理的实验研究

为了应对全球极端天气和能源紧缺问题,我国提出了碳达峰与碳中和的国家战略。锂电池因具有高能量密度和长循环寿命的优势,成为近年来新能源汽车的核心动力元件。但在充放电的过程中,锂离子电池散热是否及时以及表面温度分布是否均匀直接影响电池的电化学性能和安全性能。如何高效地散热以防热失控是高功率锂离子电池的重要关注点。本文制备一种柔性定型相变材料,通过相变材料在相变过程中的吸放热,对锂离子电池进行温控,同时搭建了电池-复合相变材料模型并进行了电池热管理测试。测试结果表明,复合相变材料可以使三元锂离子电池单体在常温下最高下降6.5℃,模组温差由12℃下降至5.5℃;在-30℃下使三元锂离子电池单体最高温度下降4.9℃,模组温差由19.2℃下降至10.3℃。该研究解决了三元锂离子电池高倍率充放电中温度控制的问题,对于提升锂离子电池热管理综合性能具有现实意义。

柔性变胞机构中的混沌现象研究

柔性变胞机构由于其特殊的结构和运动形式,其动力学方程具有很强的非线性,将有可能导致运动呈现混沌现象.依据变胞机构全构态动力学模型,研究了双柔性机械臂动力学中的混沌现象.根据计算得到的Lyapunov指数及机构的相图,验证了柔性变胞机构中存在混沌现象.

变饱和状态柔性变结构控制系统设计

为了缩短控制系统的调节和整理时间,提出了变饱和状态柔性变结构控制系统设计方法。该方法在系统存在较大偏差时只通过线性控制器调节,在中等偏差时通过线性控制器和变饱和状态控制器一起调节,在小偏差时由线性控制器和由变饱和状态控制器转变的线性控制器一起调节,从而提高了对控制约束的利用。仿真结果表明:该方法在调节和整理时间以及跟踪精度上均优于滑模控制,而且控制信号平滑。

柔性变胞机构动力学建模及仿真研究

基于柔性变胞机构由于特殊的结构和运动形式,其动力学方程是非线性的,基于第一类拉格朗日方程,推导出柔性变胞机构任意构态柔性体的质量矩阵、刚度矩阵及广义主动力矩阵,建立柔性变胞机构任意构态的动力学控制方程,为实现对柔性变胞机构的精确控制打下基础;另外,根据杆件增加和减少两种情况下的构态变换矩阵推导出全构态柔性变胞机构的动力学模型.以4构态的柔性变胞机构为例,建立动力学方程并仿真验证所建立的全构态动力学模型的正确性和有效性.

多相无刷直流电机变饱和柔性变结构控制器设计

无刷直流电机因其高效率、长寿命、低噪声及其良好的机械特性等优点,在航空、军事、汽车、办公自动化等行业得到了广泛的应用。考虑到多相永磁无刷电机转子磁路结构及气隙磁密度波形对电机运行性能和控制策略的影响,需要建立精准的电机数学一般模型。而含有积分环节的PID控制使得电机控制系统响应缓慢,加之功率管换向过程中电感的作用,相电压波形与理想方波有较大差距,导致转矩脉动大,转速响应缓慢。通过改变柔性变结构的控制策略,并结合稳定的线性系统,以三相电机为研究对象,提出了多相无刷直流电机变饱和柔性变结构的控制器设计方法。仿真实验结果表明,采用变饱和柔性变结构控制较传统PID控制具有更好的控制性能,转速响应快,转矩脉动小。

柔性变栅距光栅角位移传感器的精度分析与工艺实现

研制了用于采集和反馈飞机舵面位置信息的柔性变栅距光栅角位移传感器。分析了影响传感器精度的主要因素,给出了制备过程所采用的精密成型工艺。首先,根据柱面变栅距光栅在柔性变栅距光栅角位移传感器中的核心作用,介绍了传感器的工作原理;分析了工艺误差对传感器精度的影响,提出了柔性变栅距光栅精密成型为柱面变栅距光栅后内表面圆度应不大于0.01 mm。在圆度对传感器精度影响的量值基础上,采用了柱面变栅距光栅精密成型工艺。最后,利用有限元仿真分析了柱面变栅距光栅精密成型工艺的可行性。实验结果表明:柱面变栅距光栅内表面圆度达到0.004 3mm,传感器的线性度达到最大工作角度的0.27%,满足了航空机载传感器的精度要求。

磁轴承变饱和柔性变结构控制

采用磁轴承取代传统机械轴承,可消除飞轮储能装置机械摩擦,提高转子临界转速.针对磁轴承控制系统响应快、运行稳定的要求,设计了一种变饱和柔性变结构控制器.根据磁轴承的基本结构与悬浮力模型,建立了系统的状态方程;通过有限元仿真,分析了磁轴承耦合性,确定了系统基本控制方案;将柔性变结构和变饱和项结合,当系统存在较大偏差时只通过线性控制器调节,在中等偏差时通过线性控制器和变饱和状态控制器一起调节,在小偏差时由线性控制器和变饱和状态控制器转变的线性控制器一起调节.仿真与实验结果表明,变饱和柔性变结构控制满足实时控制的要求,磁轴承控制系统具有较快的响应速度和较高的运行稳定性.

刚性承台下变截面柔性桩与地基相互作用的线性分析

对桩侧土及桩端土均采用线性荷载传递函数,同时,考虑桩周土所分担的荷载对单桩荷载传递规律的影响,利用力学理论及微分方程的近似解法—子域法,推出了刚性承台下变截面柔性单桩与地基相互作用的系列近似解析算式,并通过算例,将承台下变截面柔性桩的情况与同体积的等截面柔性桩的情况进行了对比。对比表明:改变桩型能提高柔性单桩及单桩承台的承载力。将模型试验结果与计算结果进行了比较,验证了解析算式的可行性。

基于动态柔性变结构的控制系统优化设计

含有积分环节的PID控制使得电机控制系统响应缓慢,加之换向过程电感的作用,相电压波形与理想方波有较大差距,导致转矩脉动大,转速响应缓慢.通过改变柔性变结构的控制策略,并结合稳定的线性系统,提出了一种基于动态柔性变结构的控制系统优化设计方法.仿真实验结果表明,采用动态柔性变结构控制较传统PID控制具有更好的控制性能,转速响应快,转矩脉动小.动态柔性变结构控制适用于其他控制系统的优化设计.

BLDC位置伺服系统中的柔性变结构控制

为提高无刷直流电机(BLDC)位置伺服系统动静态性能,将柔性变结构控制系统应用于无刷直流电机位置跟踪系统中。并在柔性变结构控制基础上加入变饱和控制状态,从而将伺服系统的跟踪误差进行分类处理,对所设计的控制器分别作了正弦波和方波跟踪的仿真及实验验证。结果表明,该方法明显增强了无刷直流电机伺服系统的调整时间和跟踪精度。

异结构分数阶混沌系统的柔性变结构同步控制

基于分数阶微积分与Mittag-Leffler稳定性理论,探讨了异结构分数阶混沌同步问题.通过设计分数阶柔性变结构控制器,实现了异结构分数阶混沌系统的同步,并利用所设计的柔性变结构控制器,实现分数阶Liu系统与分数阶Arneodo系统的异结构同步.数值仿真结果验证了该控制器的有效性.

柔性变胞机构的研究现状与发展

变胞机构具有自我重组和重构的特性,自提出以来迅速成为机构学领域的研究热点。柔性变胞机构是变胞机构新的研究方向,具有柔性机构和一般刚性变胞机构的双重优点。根据近几年的研究成果,从柔性变胞机构的概念、分类、结构学、运动学及动力学等方面对柔性变胞机构的研究进行了分析和总结。结合柔性变胞机构的实际应用,提出现阶段研究需要解决的关键性问题并对潜在的研究方向进行了展望。