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3自由度精密定位平台的运动特性和优化设计 被引量:54
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作者 胡俊峰 张宪民 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第12期2686-2695,共10页
为了实现3-RRR柔顺并联精密定位平台的精确运动,研究了它的封闭形式精确运动模型和尺寸优化设计。采用卡氏第二定理建立精密定位平台的封闭式柔度模型。根据柔顺并联机构的结构特点,将其划分为3个对称分布的运动支链,并结合铰链的柔度... 为了实现3-RRR柔顺并联精密定位平台的精确运动,研究了它的封闭形式精确运动模型和尺寸优化设计。采用卡氏第二定理建立精密定位平台的封闭式柔度模型。根据柔顺并联机构的结构特点,将其划分为3个对称分布的运动支链,并结合铰链的柔度模型和机构力传递关系分别推导出各个支链的刚度模型,整个系统的刚度为所有支链在同一坐标系下的刚度的叠加。建立的刚度模型是以柔性铰链的柔度为变量的封闭形式模型。根据柔度矩阵可得到反映输入位移和输出位移之间关系的雅可比矩阵。理论模型与有限元分析的比较结果显示,两者所得的运动模型误差为1.0%~9.5%,证明了所推导运动模型的正确性和精确性。根据雅可比矩阵的封闭公式,分析其对结构参数的灵敏度,并由此选出对平台运动特性影响较大的优化设计变量。提出以最大化平台工作空间为目标,以铰链强度、最大输入力、几何尺寸和输入耦合为约束的优化模型。结果表明,优化后的结构参数能获得更大的输出位移,说明该方案能满足优化设计要求。 展开更多
关键词 柔顺并联机构 柔性铰链 精密定位平台 运动特性 优化设计
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采用柔性铰链的快速反射镜设计 被引量:42
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作者 周子云 高云国 +1 位作者 邵帅 薛向尧 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期1547-1554,共8页
根据激光发射系统对快速反射镜发射方向精度的需求,提出了一种新型快速反射镜设计方案。该方案以柔性铰链为运动传递元件,采用直线音圈电机驱动,并用高精度光栅测微仪实现位置闭环控制。首先,介绍了反射镜工作原理及驱动方式,选择了系... 根据激光发射系统对快速反射镜发射方向精度的需求,提出了一种新型快速反射镜设计方案。该方案以柔性铰链为运动传递元件,采用直线音圈电机驱动,并用高精度光栅测微仪实现位置闭环控制。首先,介绍了反射镜工作原理及驱动方式,选择了系统的驱动元件和测角元件,并对柔性铰链结构进行设计。在研究其刚度特性的基础上,采用序列二次规划法优化了铰链关键尺寸。然后,建立了驱动组件的简化模型,并利用理论公式和有限元分析软件分别计算驱动组件的转角精度。最后,使用测角元件及自准直平行光管测量了快速反射镜的转角精度。实验结果表明:所设计的快速反射镜装置工作稳定、结构可靠,对发射光束的控制精度能达到0.95″,满足激光发射系统实时控制光束发射方向的精度要求。 展开更多
关键词 快速反射镜 音圈电机 柔性铰链 传动精度
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典型柔性铰链的结构参数对其刚度性能影响的研究 被引量:21
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作者 王纪武 陈恳 李嘉 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2001年第1期51-57,共7页
柔性铰链是目前被广泛用于微动机器人的主要部件之一 ,其刚度性能直接影响到微动机器人的终端定位和操作精度 .由于实际需要的多样性和复杂性 ,使得其实际结构的几何尺寸不能完全满足传统理论分析的假设条件 ,因此影响到对其性能的准确... 柔性铰链是目前被广泛用于微动机器人的主要部件之一 ,其刚度性能直接影响到微动机器人的终端定位和操作精度 .由于实际需要的多样性和复杂性 ,使得其实际结构的几何尺寸不能完全满足传统理论分析的假设条件 ,因此影响到对其性能的准确分析 .本文采用有限元技术对三种典型柔性铰运动变形的力学机理进行了系统的研究 ,并与传统理论的分析结果进行了比较 ,分析了二者间产生误差的根本原因 。 展开更多
关键词 柔性铰链 微机机器人 有限元 结构参数 刚度性能
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典型柔性铰链精度性能的研究 被引量:27
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作者 王纪武 陈恳 +1 位作者 李嘉 刘峰 《清华大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第11期49-52,共4页
柔性铰链是一种被广泛用于微动机器人的主要构件 ,其运动变形精度直接影响微动机器人的终端定位和操作的控制。由于传统理论方法无法准确分析特殊几何结构柔性铰链的精度性能 ,因此采用有限元技术对 3种典型柔性铰运动变形进行了系统的... 柔性铰链是一种被广泛用于微动机器人的主要构件 ,其运动变形精度直接影响微动机器人的终端定位和操作的控制。由于传统理论方法无法准确分析特殊几何结构柔性铰链的精度性能 ,因此采用有限元技术对 3种典型柔性铰运动变形进行了系统的研究 ,并将模拟结果与传统理论的分析结果进行了比较 ,分析了在加载条件下不同几何参数对 3种柔性铰功能方向和非功能方向精度性能的影响 。 展开更多
关键词 柔性铰链 微动机器人 有限元
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压电陶瓷微驱动器用于超精定位的技术研究 被引量:15
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作者 孙涛 谭久彬 董申 《压电与声光》 CSCD 北大核心 1999年第6期493-497,共5页
对压电陶瓷微位移驱动器用于超精密二维柔性微定位系统的几个关键技术进行了理论分析和实验研究,并得到了二维微定位系统的双向静态、动态特性曲线。经测试,通过闭环控制的定位重复性精度在-15nm~+15nm以内,采取这些关键... 对压电陶瓷微位移驱动器用于超精密二维柔性微定位系统的几个关键技术进行了理论分析和实验研究,并得到了二维微定位系统的双向静态、动态特性曲线。经测试,通过闭环控制的定位重复性精度在-15nm~+15nm以内,采取这些关键技术措施是可行的。 展开更多
关键词 超精密定位 压电陶瓷 驱动器
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单轴柔性铰链转角刚度的计算机辅助计算 被引量:20
6
作者 刘伟 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 2000年第2期178-180,共3页
柔性铰链可以实现微小线位移和角位移 ,用途十分广泛。但是其转角刚度计算比较复杂。本文通过柔性铰链的受力简图推导出了单轴柔性铰链的转角刚度计算公式 ,并将之编制成 BASIC语言程序 。
关键词 柔性铰链 转角刚度 计算机辅助计算 单轴
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微位移机构研究 被引量:10
7
作者 李圣怡 黄长征 王贵林 《航空精密制造技术》 2000年第4期5-9,共5页
微位移机构在精密机械和精密仪器中应用广泛 ,种类很多。本文对这些机构的结构、原理、特点和应用进行了分析与比较 ,并阐述了该类机构的发展趋势。
关键词 微位移机构 扭轮摩擦传动 机械传动 热变形 弹性变形 压电陶瓷 柔性铰链 直线电机
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柔性铰链位移放大机构放大能力和负载能力分析 被引量:16
8
作者 王隆太 周志平 马志新 《机械设计》 CSCD 北大核心 2007年第7期11-13,共3页
柔性铰链具有无间隙、无摩擦和运动灵敏度高的特点,在微型机械中常用来作为位移放大器使用。在对柔性铰链进行应力分析和位移损失分析的基础上,研究位移放大机构所允许的最大输入位移,以及负载对柔性铰链放大能力的影响,分析负载与放大... 柔性铰链具有无间隙、无摩擦和运动灵敏度高的特点,在微型机械中常用来作为位移放大器使用。在对柔性铰链进行应力分析和位移损失分析的基础上,研究位移放大机构所允许的最大输入位移,以及负载对柔性铰链放大能力的影响,分析负载与放大倍数间的关系,建立了位移放大的数学模型。 展开更多
关键词 柔性铰链 放大能力 负载能力
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长条形反射镜支撑结构设计与分析 被引量:17
9
作者 刘福贺 程志峰 +2 位作者 石磊 徐宁 管坐辇 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2015年第5期1512-1517,共6页
为了降低航空光电侦察设备的整体质量,减小反射镜在复杂航空环境下的面形变化,利用有限元方法对某长条形反射镜组件结构进行了优化。首先,计算轻量化反射镜所需的支撑点数量,并对支撑点的位置进行优化。接着,为了解决温度变化时组件材... 为了降低航空光电侦察设备的整体质量,减小反射镜在复杂航空环境下的面形变化,利用有限元方法对某长条形反射镜组件结构进行了优化。首先,计算轻量化反射镜所需的支撑点数量,并对支撑点的位置进行优化。接着,为了解决温度变化时组件材料线胀系数不匹配带来的热变形问题,在支撑结构中引入了柔性铰链,并对柔性铰链参数进行了优化。最后,对反射镜组件进行面形精度分析,得到反射镜RMS为20.3 nm,小于1/30λ(λ=632.8 nm);对组件进行模态分析及试验,得到一阶固有频率分别为138 Hz和162 Hz,满足设计指标要求,分析及试验结果表明了该反射镜的支撑结构合理可行。 展开更多
关键词 长条形反射镜 柔性铰链 面形精度 动态性能
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基于MEMS机构装配的微夹持器研究 被引量:16
10
作者 郝永平 董福禄 +1 位作者 张嘉易 包丽雅 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期596-601,共6页
微夹持器作为末端执行装置,直接决定了微装配的效率。MEMS机构中包含许多微小的活动部件和功能元件,为实现这些微小器件的稳定夹取和自动装配,设计了一种采用压电陶瓷驱动、基于柔性铰链的二级放大微夹持器结构。对该微夹持器的节点应... 微夹持器作为末端执行装置,直接决定了微装配的效率。MEMS机构中包含许多微小的活动部件和功能元件,为实现这些微小器件的稳定夹取和自动装配,设计了一种采用压电陶瓷驱动、基于柔性铰链的二级放大微夹持器结构。对该微夹持器的节点应力、刚度及最大张合量等进行了分析计算,并对微夹持器进行了试制。实验与分析结果表明,该夹持器最大张合量是245μm,放大倍数约为12.3倍,满足MEMS机构的装配要求。在此基础上,重点对张合量与夹持力进行了系统测试,通过对测试数据的非线性回归,推导出99.99%可靠度的驱动电压计算公式,实现了微夹持的精确控制。 展开更多
关键词 微机电系统 微装配 微夹持器 压电陶瓷 柔性铰链 非线性回归
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微位移机构的现状及趋势 被引量:12
11
作者 刘登云 杨志刚 +1 位作者 程光明 曾平 《机械设计与制造》 北大核心 2007年第1期156-158,共3页
微位移机构是精密机械和精密仪器的关键部件之一。介绍了一些典型的微位移机构的结构、原理、特点和应用,并对这些机构进行了比较。
关键词 微位移机构 扭轮摩擦传动 直线电机 弹性变形 柔性铰链 压电陶瓷
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一种微位移放大机构的设计与仿真 被引量:13
12
作者 张建瓴 陈万银 +2 位作者 可欣荣 魏德仙 洪添胜 《机械设计》 CSCD 北大核心 2009年第12期9-12,共4页
根据差式杠杆位移放大原理设计了一种新型微位移放大机构。计算和推导了该位移放大机构的位移放大倍数和静态刚度,分析了柔性铰链结构参数对微位移放大机构刚度的影响,并对理论计算结果和ANSYS仿真结果进行了对比。结果表明,理论计算值... 根据差式杠杆位移放大原理设计了一种新型微位移放大机构。计算和推导了该位移放大机构的位移放大倍数和静态刚度,分析了柔性铰链结构参数对微位移放大机构刚度的影响,并对理论计算结果和ANSYS仿真结果进行了对比。结果表明,理论计算值和有限元仿真结果之间存在一定的差异。 展开更多
关键词 柔性铰链 压电驱动器 微位移放大机构 有限元仿真
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基于有限元方法的3-PPSR大长径比柔性并联机器人刚度模型分析 被引量:14
13
作者 栾玉亮 荣伟彬 孙立宁 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2014年第6期730-736,共7页
为实现较大工作空间的运动,设计了一种大长径比的3-PPSR结构的微操作柔性并联机器人.该机器人由压电马达驱动,采用大长径比柔性铰链连接,柔性铰链的变形范围在毫米级,适用于要求大变形的场合,同时具有结构简单、无奇异、无间隙、运动精... 为实现较大工作空间的运动,设计了一种大长径比的3-PPSR结构的微操作柔性并联机器人.该机器人由压电马达驱动,采用大长径比柔性铰链连接,柔性铰链的变形范围在毫米级,适用于要求大变形的场合,同时具有结构简单、无奇异、无间隙、运动精度高等特点.由于系统的刚度直接影响系统的运动精度、承载负荷等性能,针对大长径比柔性铰链特点,运用有限元方法,建立了柔性铰链的数学模型,并采用整体刚度的方法,结合机构协调方程和力平衡方程,得到系统的柔性刚度模型.最后,采用ANSYS比较了所建理论刚度模型结果与有限元模型分析的结果.分析结果表明,理论刚度模型合理,符合机构的运动特征. 展开更多
关键词 并联机器人 柔性铰链 刚度模型 有限元分析
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泳动微机器人主体机构放大性能研究 被引量:4
14
作者 钟映春 谭湘强 杨宜民 《机械工程师》 2002年第1期63-65,共3页
泳动微机器人模仿鱼类游泳的方式驱动。文中利用柔性铰链和差式杠杆放大原理,设计了用于微位移 放大的泳动微机器人主体机构,并且在ANSYS软件仿真的基础上,对微机器人主体机构的放大性能 进行了研究。研究表明在主体机构中适当... 泳动微机器人模仿鱼类游泳的方式驱动。文中利用柔性铰链和差式杠杆放大原理,设计了用于微位移 放大的泳动微机器人主体机构,并且在ANSYS软件仿真的基础上,对微机器人主体机构的放大性能 进行了研究。研究表明在主体机构中适当减小柔性铰链转角刚度,可以显著改善微位移放大效果。 展开更多
关键词 泳动微机器人 柔性铰链 差式杠杆 ANSYS 主体机构 放大性能 微位移放大
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压电型宏微双驱动精密定位系统点位协调控制 被引量:13
15
作者 刘定强 黄玉美 +1 位作者 谢礼 杨勇 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第4期220-223,233,共5页
设计了基于压电型微驱动器的宏微双驱动精密定位系统,宏动台由伺服电动机直接驱动,微动台由压电陶瓷驱动器和弹性铰链构成,并由压电陶瓷驱动器驱动。微动台安装在宏动台上,微动台和宏动台是串联关系。宏动台用于实现大行程微米级定位,... 设计了基于压电型微驱动器的宏微双驱动精密定位系统,宏动台由伺服电动机直接驱动,微动台由压电陶瓷驱动器和弹性铰链构成,并由压电陶瓷驱动器驱动。微动台安装在宏动台上,微动台和宏动台是串联关系。宏动台用于实现大行程微米级定位,而纳米级定位由微动台实现。利用基于运动控制卡的开放伺服功能来协调宏微工作台之间的控制,而位置反馈由两个高精度光栅完成,精度检测由激光干涉仪完成。当宏动台运动结束后,微动台根据测得的定位误差做出补偿进给。实验表明,在行程100 mm的范围内每隔1 mm采集一点,误差控制在±100 nm以内。 展开更多
关键词 宏微驱动 弹性铰 压电驱动器 点位协调控制
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杠杆式尺蠖压电直线驱动器 被引量:13
16
作者 马立 肖金涛 +1 位作者 周莎莎 孙立宁 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期184-190,共7页
设计了一种基于尺蠖运动原理的压电直线驱动器,用于解决光学领域中的精密定位问题。该驱动器采用了对称杠杆式位移放大机构,在保证钳紧力的同时,可以获得较大的驱动位移。阐述了尺蠖式压电驱动器的工作原理,对杠杆式柔性放大机构的位移... 设计了一种基于尺蠖运动原理的压电直线驱动器,用于解决光学领域中的精密定位问题。该驱动器采用了对称杠杆式位移放大机构,在保证钳紧力的同时,可以获得较大的驱动位移。阐述了尺蠖式压电驱动器的工作原理,对杠杆式柔性放大机构的位移损失、压电陶瓷与柔性机构的耦合特性及箝位机构与中间驱动机构的刚度进行了分析。利用有限元软件Ansys对钳位机构和驱动机构的变形、应力、输出位移和固有频率等参数进行了仿真分析。最后,搭建了实验平台,测试了驱动器的各项性能。测试结果显示,该驱动器的行程为±25mm,钳紧力为17N,承载力为11N,最大和最小步距分别为55μm和60nm。当驱动电压为150V时,驱动器的最高驱动速度为1.259mm/s。得到的性能指标满足光学领域精密定位需要。 展开更多
关键词 尺蠖驱动器 柔性铰链 压电陶瓷 有限元分析
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新型六自由度微动并联机构的工作空间分析 被引量:12
17
作者 程颖 杨德华 +1 位作者 吴常铖 费飞 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2019年第3期433-439,共7页
在实现天文光学镜面毫米级行程位姿调整和微纳米级精密定位中,基于全柔性铰链的新型3SPS+3(SP-U)六自由度并联机构的工作空间主要由柔性铰链相对较小的回转空间所定义。分析了3SPS+3(SP-U)并联机构运动自由度及其部分自由度解耦特性,并... 在实现天文光学镜面毫米级行程位姿调整和微纳米级精密定位中,基于全柔性铰链的新型3SPS+3(SP-U)六自由度并联机构的工作空间主要由柔性铰链相对较小的回转空间所定义。分析了3SPS+3(SP-U)并联机构运动自由度及其部分自由度解耦特性,并根据实物样机的几何参数建立了其运动学逆解模型。在此基础上,基于柔性铰链回转空间及支链行程范围,采用搜索法分析了其工作空间,并采用激光跟踪仪对样机的工作空间进行了实测。理论计算和实测结果验证了该机构动平台中心点的平动位移空间可达±3 mm,转角空间可达±1°,确保了其在应用中具有足够的工作范围,达到了设计目标。 展开更多
关键词 光学镜面 并联机构 柔性铰链 运动学逆解 工作空间
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大变形柔性铰链的静刚度分析及应用 被引量:7
18
作者 贾明 毕树生 +1 位作者 于靖军 徐一村 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第7期740-743,共4页
大变形柔性铰链可由弹性较大的橡胶材料制成,而橡胶材料的应变-应力关系不符合胡克定律,其关系可由应变-能量函数关系式导出,为此,采用Mooney-Rivlin模型对形变能量函数进行简化,通过适当选取材料常数的比值,对其非线性的应力-应变关系... 大变形柔性铰链可由弹性较大的橡胶材料制成,而橡胶材料的应变-应力关系不符合胡克定律,其关系可由应变-能量函数关系式导出,为此,采用Mooney-Rivlin模型对形变能量函数进行简化,通过适当选取材料常数的比值,对其非线性的应力-应变关系进行分段线性化,导出圆角型柔性铰链在大变形时转角刚度的近似计算公式.通过有限元仿真对近似计算公式进行了验证.在此基础上,应用大变形柔性铰链构造扑翼式微型飞行器中的柔性胸腔,由转动电机作为驱动器,利用柔性铰链的变形实现翅膀的扇翅运动,实际应用效果表明可有效增大扇翅角并提高能量利用率. 展开更多
关键词 大变形柔性铰链 静刚度 应力-应变关系 应变-能量函数关系 胡克定律
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半圆型柔性铰链的静刚度性能分析 被引量:11
19
作者 杨淑英 《煤矿机械》 北大核心 2008年第7期81-82,共2页
由于实际需要的多样性和复杂性,使得柔性铰链的实际结构的几何尺寸不能完全满足传统理论分析的假设条件,因此影响到对其性能的准确分析。采用有限元软件ANSYS分析了多个不同尺寸参数的半圆型柔性铰链,并与其解析计算结果进行了比较,分... 由于实际需要的多样性和复杂性,使得柔性铰链的实际结构的几何尺寸不能完全满足传统理论分析的假设条件,因此影响到对其性能的准确分析。采用有限元软件ANSYS分析了多个不同尺寸参数的半圆型柔性铰链,并与其解析计算结果进行了比较,分析了二者间产生误差的根本原因。 展开更多
关键词 柔性铰链 微动机器人 有限元分析 刚度
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基于压电驱动的精密步进旋转电机 被引量:10
20
作者 赵宏伟 吴博达 +3 位作者 程光明 刘国嵩 张宏壮 杨志刚 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第10期166-171,共6页
为了保证微小型电机的速度和承载能力,同时获得较高的运转分辨率,提出一种以压电叠堆为驱动元件基于尺蠖运动原理的新型精密旋转电机方案。电机结构中转子无绕线结构,定子采用柔性铰链双侧对钳方式交替对转子起到钳位作用。对电机工作... 为了保证微小型电机的速度和承载能力,同时获得较高的运转分辨率,提出一种以压电叠堆为驱动元件基于尺蠖运动原理的新型精密旋转电机方案。电机结构中转子无绕线结构,定子采用柔性铰链双侧对钳方式交替对转子起到钳位作用。对电机工作原理进行了分析研究,采用MSC Patran/Nastran有限元软件对机械结构进行了仿真分析,并对所开发的电机样机进行了实验测试。测试结果与理论分析结果基本相符,所开发样机的旋转速度可达3308.6μrad/s、输出扭矩为0.294N·m、单步最小转角(旋转分辨率)为 0.206μrad。电机性能稳定可靠,可望在光学工程、精密工程等相关领域得到应用。 展开更多
关键词 精密转动 有限元仿真 压电叠堆 柔性铰链 尺蠖运动
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