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基于大行程柔性铰链的6自由度并联机器人系统的研究
随着机器人技术的逐步完善,适于特殊作业的机器人种类也日益增多,其应用领域不断拓展到微电子制造,MEMS封装与组装,高精密机械加工与装配,生物芯片制备,大范围高速扫描检测装备等行业.随之而来的,各行业对机器人的性能指标提出了越来越高的要求,追求机器人的高定位精度,高重复精度,高分辨力,同时还要求其工作范围大,质量轻,能耗低等,从而对机器人结构的设计提出了更高的要求.在这样的前提之下,为满足人类向微小世界探寻的需要,作为机器人技术发展的一个重要分支,微操作机器人成为机器人学中十分活跃的研究领域. 本文结合国家"863"计划项目"6自由度纳米级宏微操作机器人的研究(项目编号2002AA422260)"和"原型装置靶瞄准定位系统工程预先研究项目(项目编号863-804-5)",共搭建了3套实验系统,其中采用了单一驱动以及双重驱动两条技术方案.在广泛的分析了目前已有的柔性精密定位系统,并联精密定位系统和宏/微双重驱动系统的基础之上,针对目前大范围运动定位与高精度定位的应用实际需要,提出了大行程柔性铰链的概念设计,并以此构建六支链大行程柔性并联结构定位系统,为满足超高精度的定位需要,在并联支链中集成了压电陶瓷驱动,构成了宏/微双重驱动并联结构系统,充分体现了驱动,结构,检测一体化的设计思想. 在结构单元的设计方面,针对当前柔性铰链运动范围小等问题,在通用的球副柔性铰链的基础之上,提出了大行程柔性铰链的概念设计;在柔性并联结构的设计方面,提出了在通用的并联结构系统中,采用大行程柔性铰链代替传统运动副的设想,建立基于大行程柔性铰链的并联结构系统. 在大行程柔性并联结构的运动学建模方面,利用材料力学的基本原理和小变形假设,推导了大行程柔性铰链的数学模型,并给出了在全局坐标系下的显式表达;在此基础之上,通过刚度组集的办法建立了大行程柔性铰链并联结构柔性支链的运动表达式,通过联立运动位移协调方程和力约束协调方程,建立了并联结构的位置解模型. 由于并联结构系统中的各部件,特别是柔性铰链结构在自身变形提供整体结构的运动输出的同时,还经历了大范围的刚体运动,导致大行程柔性并联结构的位置解模型成为典型的几何非线性问题.鉴于此,本文首先推导了空间柔性结构的几何非线性的刚度递推模型,并利用牛顿-莱弗森方法对该模型进行了求解.由于几何非线性模型的迭代求解方式,导致该模型的实时性很差,不易移植至控制系统进行实时控制求解,故在大量的试验尝试的基础之上,选择了BP神经网络方法,建立了3层六输入-六输出的位置解神经网络结构,从而在方便了实时控制编程的同时,还大大提高了系统的位置解的求解速度. 由于柔性并联结构的位置解模型中不仅仅包括结构中的位置信息,还提供了结构中相关的力信息以及刚度信息,本文在上述位置解模型的基础之上,给出了该类系统的刚度模型,并建立了并联结构中的结构参数和尺度参数对系统刚度的影响图谱,对这类系统的结构综合以及优化设计提供了有力的工具. 在大行程柔性并联结构的动力学建模方面,采用了欧拉梁理论和有限元方法,由拉格朗日方程建立了基于实际位移的大行程柔性铰链并联机器人各支链的动力学模型,并通过位移协调方程和动力协调方程,最终得到并联系统的动力学模型.综合采用了纽马克方法和牛顿-莱弗森方法解决了系统动力学求解问题,并通过一个算例进行了基于逆动力学的求解仿真. 在大行程柔性并联结构的样机实验方面,我们提出了采用大行程柔性铰链作为被动关节的6-PSS并联机器人系统,该系统采用压电马达作为驱动器,精密光栅尺作为位置反馈元件,其可在立方厘米级的工作空间内实现微米级精度的运动;在此基础之上,我们在并联机器人的支杆中嵌入压电陶瓷,在压电马达的宏运动结束之后,压电陶瓷可以驱动并联机器人进一步的微调,从而得到一个6-PSS和6-SPS结合宏微双重驱动并联机器人系统,其中,微动系统可在微米级运动空间内实现纳米级的运动精度.基于大行程柔性铰链的宏微双重驱动并联机器人系统,可以同时满足大工作空间和高精度的工程需要.此外,我们将大行程柔性铰链并联机器人系统,成功的应用到激光瞄准靶支撑装置中,其厘米级的运动范围和纳米级的运动分辨力,使其在神光III系统中发挥了十分重要的作用.
哈尔滨工业大学 2021-05-04
基于大行程柔性铰链的6自由度并联机器人系统的研究
项目成果/简介:随着机器人技术的逐步完善,适于特殊作业的机器人种类也日益增多,其应用领域不断拓展到微电子制造,MEMS封装与组装,高精密机械加工与装配,生物芯片制备,大范围高速扫描检测装备等行业.随之而来的,各行业对机器人的性能指标提出了越来越高的要求,追求机器人的高定位精度,高重复精度,高分辨力,同时还要求其工作范围大,质量轻,能耗低等,从而对机器人结构的设计提出了更高的要求.在这样的前提之下,为满足
哈尔滨工业大学 2021-01-12
一种适用于成卷柔性电子器件的逐片转移装置
本发明公开了一种适用于成卷柔性电子器件的逐片转移装置, 包括薄膜进给单元、载带输送单元、真空辊吸附单元、压辊转移单元 和废料剔除单元,其中薄膜进给单元用于薄膜的进给运动并对薄膜进 行模切,模切后的薄膜经真空辊吸附单元驱动至压辊转移单元,模切 后的薄膜在压辊转移单元中实现与载带之间的粘着和固定,废料剔除 单元则根据工况需要提供多种对废料的实时检测和剔除操作。通过本 发明,各个模块单元之间相互联系,共同协作,实现对成卷柔性电子 器件逐片的高速检测转移过程,同时具备运动稳定性和可靠性好等优 点。
华中科技大学 2021-04-14
一种用于汗液中多巴胺检测的柔性场效应晶体管及应用
本发明公开了一种用于汗液中多巴胺检测的柔性场效应晶体管及其制备方法。通过高熵普鲁士蓝类似物材料对柔性场效应晶体管进行表面修饰,显著提升了器件的电化学传感性能,使其对多巴胺有着较低的检测限和较宽的检测范围。该柔性场效应晶体管以聚酰亚胺为衬底,具备良好的柔韧性和稳定性,适用于可穿戴式应用场景。其结构简单,制备工艺灵活,适合大批量生产。基于高熵普鲁士蓝类似物修饰的柔性场效应晶体管为柔性生物传感器在汗液检测领域提供了一种新的技术方案,为疾病早期诊断和个性化医疗提供了新的技术手段。
南京工业大学 2021-01-12
GL-CS-2E型 机电一体化柔性生产综合实训系统
GL-CS-2E型 机电一体化柔性生产综合实训系统是使用柔性制造技术中具有代表性的制造自动化系统,可实现多品种、中小批量的加工管理。柔性制造技术是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础上,将以往企业中相互独立的工程设计、生产制造及经营管理等过程,在计算机及其软件的支撑下,构成一个覆盖整个企业的完整而有机的系统,以实现全局动态优化,总体效益、柔性,优化以外产品并对其进行升级改造并进而赢得竞争的智能制造技术。
浙江高联检测技术有限公司 2021-02-01
微能量源能量收集系统超低功耗片上温度传感
一、项目简介可针对不同环境,完成震动能、压电能、摩擦电能、光电能、热能、化学能、风能、电磁能、射频信号能等能量的收集、存储,并根据需要为片上或片外低功耗传感器提供稳定且低噪的输出能量供给。此外,针对不同的传感器结构和类型进一步提供丰富的接口电路,用来读取传感器所产生的感应信号。配合低功耗收发机模块,可实现完整的无线传感节点功能。二、特点12345678.电源管理部分静态电流可低至 65nA;.整个 ASIC 功耗(包含温度传感)不足 1µW;.具有最大功率点追踪;.匹配最小 16kΩ的厘米级以下压电片.具有能量收集、存储和调整输出功能;.提供超低噪声电源供给(10nA-100µA)片上/片外传感器;.存储的能量支持 ZigBee、Bluetooth 等低功耗协议间歇数据传输;.构建平均功耗小于 5µW 的无线传感节点。三、市场情况本项目能以超低功耗实现完整无线传感节点,在 IoT、环境监测等领域有良好的应用前景和社会经济效益。四、技术成熟度此技术成熟,即将获得专利授权,寻求与企业合作。-- 28 --西安交通大学国家技术转移中心五、合作方式联合研发 技术入股 □转让授权(许可) 面议
西安交通大学 2021-04-10
土木工程结构区域分布光纤传感与健康监测
"该成果获2017年度国家科学技术奖技术发明类二等奖。本项目历经10余年,通过光纤实现结构关键区域分布传感的原理、技术、装置等核心发明,建立了重大工程结构区域分布传感与健康监测的成套技术理论及技术装备,突破了现有监测系统耐久性差及现有技术无法进行结构“健康”评估的瓶颈。1、发明了高性能长寿命光纤区域分布传感技术。率先研发了一专多能并具有损伤覆盖能力的长标距光纤传感单元,通过长标距化设计、刚度加强增敏等核心技术开发,实现了从传统点式传感到长标距-串联成网-区域分布宏微观监测的技术突破;通过玄武岩纤维封装、光纤滑移机理揭示、锚固端变刚度防滑移防脆断设计等发明,创新开发设计寿命为50年的光纤传感器技术与产品,经疲劳蠕变等各类耐久性试验显示其长期性能变化15年。 2、发明了光纤传感网络一体化解调技术及相关高性能装备技术 首创光纤光栅与光纤布里渊散射传感相互融合的一体化解调技术,通过放大器前置化与光源复用等关键技术突破,实现了大型结构区域分布传感网络的多种光纤传感系统实时共线监测,从根本上解决了现有光纤传感装置功能单一、兼容性差难题;所发明的光纤光栅
东南大学 2021-04-10
微能量源能量收集系统及超低功耗片温度传感
一、项目简介可针对不同环境,完成震动能、压电能、摩擦电能、光电能、热能、化学能、风能、电磁能、射频信号能等能量的收集、存储,并根据需要为片上或片外低功耗传感器提供稳定且低噪的输出能量供给。此外,针对不同的传感器结构和类型进一步提供丰富的接口电路,用来读取传感器所产生的感应信号。配合低功耗收发机模块,可实现完整的无线传感节点功能。二、特点12345678.电源管理部分静态电流可低至 65nA;.整个 ASIC 功耗(包含温度传感)不足 1µW;.具有最大功率点追踪;.匹配最小 16kΩ的厘米级以下压电片.具有能量收集、存储和调整输出功能;.提供超低噪声电源供给(10nA-100µA)片上/片外传感器;.存储的能量支持 ZigBee、Bluetooth 等低功耗协议间歇数据传输;.构建平均功耗小于 5µW 的无线传感节点。三、市场情况本项目能以超低功耗实现完整无线传感节点,在 IoT、环境监测等领域有良好的应用前景和社会经济效益。四、技术成熟度此技术成熟,即将获得专利授权,寻求与企业合作。-- 28 --西安交通大学国家技术转移中心五、合作方式联合研发 技术入股 □转让授权(许可) 面议
西安交通大学 2021-04-10
基于无线传感网的铁路危险品运输在途检测技术
 该项目为863重点项目。项目针对我国铁路危险品运输的品种多、运量大及路途长、途中还需解体和编组作业等特点,研究开发危险货物运输安全状态在途检测的关键技术和设备,重点解决工程实施中存在的通信条件恶劣、货车车载设备供电缺乏,以及粉尘、振动、冲击和电磁干扰等问题,以满足铁路危险品运输在途监测需求,及时发现危险隐患,减少货物的运输途中发生事故所造成人员伤亡、财产损失和环境污染。项目成果及运用:     本项目采用无线传感器网络技术,在多点网络化监测、环境适应性强、节点功耗低等方面有创新,并实现了危险货物安全状态的分析和评估。目前该成果已成功应用于铁路新疆棉花运输安全监测、铁路电石集装箱检测等系统中,实现了货车运输车载供电缺乏的条件下,自动长时间、远程连续地监测、检测货物运输状态,得到了铁道部有关领导、用户的一致好评。已获得国家发明专利4项,软件著作权6项。运用于铁路新疆大宗棉花运输安全监测研究中,为防止棉花自燃事故提供了第一手监测数据。铁路电石集装箱检测项目中发挥了重要作用,能够远程地、较长时间地、连续地检测并记录电石集装箱检测实验中的各项参数,为数据采集与分析节省了大量人力物力。
北京交通大学 2021-04-13
煤矿井下自动校准甲烷在线智能传感/变送仪
一、 成果主要特点两次应邀参加“院士专家山西行”,经过约3年深入研究、反复论证和实验,取得的科技创新高效益成果(己获专利授权),已开发初样(参阅后面照片)。具有井下在线自动校准功能,不需要人工调参数,能在井下在线连续可靠运行一年以上。具有湿敏自动校准功能。没有继电器和电位器之类触点器件,不会产生电火花。利润率高(>3:1 市场需求总潜力每年达十亿元以上。),无污染,不消耗油、气和煤之类燃料,不排出废气、废水或废渣。产值/能耗比高,1 kwh可产出万元以上(产品本身功耗<2W)。有切实可行防“盗版仿造”措施。批量生产之元器件分散性, 可由专用设备数字化自动纠偏, 实现自动归一化校准, 不需要人工调节电位器之类参数。优势很突出,甲烷在线检测行业更新换代产品。产品和设备体积小, 200 m2厂房即可批量生产, 劳动强度低,对生产人员技术水平要求不高。二、 应用说明国内很多企业生产甲烷检测仪或报警器,其产品主要有矿工帽型、便携式和“在线”式三种,只有“在线”式甲烷检测设备可随时向监控中心和井巷风速调控系统发送实时甲烷浓度信息。我国现用“在线”检测设备每10天左右需拆装/人工调参数一次。每次调参数,需将安装在井下的甲烷在线检测设备拆下,拿到地面在洁净空气和标准甲烷浓度两种条件下,人工调节多个电位器,再安装到井下。费时费事, 维护人员多,对安全生产不利。本专利成果可开发出系列产品,其基本产品简称为“JC365”,它能自动校准, 优势很突出。推广应用本成果具有重要意义和重大价值。可在我国各煤矿井下广泛应用,并可出口到国外含硫煤矿。三、效益分析我国煤矿很多, 绝大数煤矿含有硫化物, 它可侵蚀甲烷检测元件,现用产品需频繁人工调校参数, 即:现用产品需定期(例如每10天一次)将安装在井下的甲烷在线检测设备拆下, 拿到地面, 在洁净空气和标准甲烷浓度两种条件下,人工调节多个参数,调好后再安装到井下。这不仅费时费事, 劳动生产率低, 更严重的是不利于安全生产。 “JC365”是甲烷在线检测领域更新换代JC365”及其系列产品的市场潜力很大,每年达十亿元以上。积极恰当产销,年利润可达数亿元。产品,它不需要人工调参数,能在井下在线连续可靠运行一年以上,可大幅度提高劳动生产率和安全生产水平,而且产值/能耗比高(1 kwh可产出万元以上),利润率高(>3:1), 无污染,不消耗油、气和煤之类燃料, 不排出废气、废水或废渣,并研发了切实可行防“盗版仿造”技术措施。因此“四、产品性能本专利技术是精密电子和自动控制技术创新成果, 其相应产品“JC365” 主要性能如下:具有井下在线自动定期调整/校准功能,不需要人工调参数,能在井下在线连续可靠运行一年以上。检测范围: 0至4%甲烷浓度, 误差≤0.1%, 微处理器数据和运算分辨率为0.001% , LED数码显示分辨率为0.01% 。现场3位LED数码显示, 同时可200至1000Hz变频脉冲或1至5mA电流远程输出, 传送距离可达2000m。具有现场声光报警和预警功能, 并可远程发送报警和预警信号。具有湿度补偿功能, 能在相对湿度98%范围内正常工作。温风气工作环境: 0-40℃, 风速: 0-8m/S , 气压: 80-120kPa,O2 >12%,CO2 <5% 。供电: 9-24V, 耗电<2W。体积:< 205mm X180mm X65mm符合矿用隔爆要求。五、合作方式长期合作,互利双赢。希望合作企业观念先进、在煤矿有销售基础、有500万元左右资金、交通方便。企业支付入门费和按销售额提成。 
清华大学 2021-04-13
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