【摘 要】
：
伴随着智能制造的发展和社会产业不断调整升级,在医疗、服务、娱乐等非工业领域智能机器人不断涌入,机器人模块化关节紧凑性、轻量化设计对智能机器人行业的发展具有重要意义。现有机器人关节大多是由驱动电机作为动力源,经由谐波减速器波发生器旋转带动柔轮变形与刚轮啮合传动,从而实现机械臂单自由度摆动或旋转,空间利用率不高且在低速运行快速响应等应用领域发展受限。为扩展传统机器人驱动传动模式,提高机器人模块化关节的
【基金项目】
：
国家重点研发计划,项目名称:机器人新型高可靠精密减速器,项目编号:No.2018YFB1304800；
论文部分内容阅读
伴随着智能制造的发展和社会产业不断调整升级,在医疗、服务、娱乐等非工业领域智能机器人不断涌入,机器人模块化关节紧凑性、轻量化设计对智能机器人行业的发展具有重要意义。现有机器人关节大多是由驱动电机作为动力源,经由谐波减速器波发生器旋转带动柔轮变形与刚轮啮合传动,从而实现机械臂单自由度摆动或旋转,空间利用率不高且在低速运行快速响应等应用领域发展受限。为扩展传统机器人驱动传动模式,提高机器人模块化关节的结构紧凑性,引入智能材料对机器人模块化关节驱动器进行改进设计,由此形成一种集驱动、传动为一体的新型机器人模块化关节驱动器。本文基于谐波传动原理,在谐波减速器结构基础上设计了一种能直接驱动柔轮形变与刚轮啮合输出减速运动的超磁致伸缩谐波驱动器,该研究结果可为智能机器人模块化关节设计提供理论依据。本文的主要研究内容如下:（1）介绍了谐波传动原理,结合驱动器设计要求,对谐波减速器三大基本构件进行了结构参数设计;分析对比了多种谐波齿轮齿形,基于齿轮啮合原理,对谐波减速器柔轮与刚轮公切线双圆弧开展了设计研究;根据壳体理论与小变形假定,完成了柔轮中性层变形函数以及波发生器等效正应力的计算模型推导;为给谐波驱动器提供设计依据,运用有限元分析软件对谐波减速器进行了仿真分析,确定了柔轮径向变形量以及波发生器正应力分布情况。（2）阐述了谐波驱动器的设计理念,结合柔轮形变特性,设计了驱动器的布置方案,计算了不同相位驱动器的位移系数;为实现更大区间的位移输出,设计了柔性膜片与金属波纹管相结合的液压微位移放大机构,基于Kirchhoff–Love板壳理论和有限元法求解了放大机构的机构参数与理论放大倍数;根据位移输出要求和压杆结构稳定性条件,联合材料预压特性,完成了磁致伸缩棒结构尺寸以及预压碟簧的设计;基于安培环路定律,建立了线圈轴心磁场计算模型,优化了线圈长径比、能量损耗参数取值,分析了多参数影响下感应磁场强度的分布规律。（3）分析了磁致伸缩材料倍频效应的产生机理,确立了永磁体圆片与分段磁致伸缩棒相结合的偏置磁场设计方案;简化了磁路结构,建立了等效磁路中磁致伸缩棒单位横截面磁通量计算模型,联合Navier方程以及Maxwell方程组,完善了驱动线圈任一点矢量磁位与磁场强度计算模型;建立了驱动器电磁分析有限元模型,分析了偏置永磁圆片不同结构参数对磁场分布的影响,为确定合理的谐波驱动器驱动磁场与偏置磁场参数提供参考依据。（4）研究了磁致伸缩材料变分能量理论,结合其内部磁畴密度函数,分析了吉布斯自由能量密度函数微分形式的物理意义;利用函数逼近法,求解了磁致伸缩材料非线性伸缩应变函数,建立了谐波驱动器位移输出理论计算模型;引入了磁机耦合模块,建立了谐波驱动器电-磁-机多物理场耦合模型;根据分析软件参数化扫描方法,分析了偏置永磁圆片不同结构参数对谐波驱动器位移输出以及力学特性变化的影响规律,最终确立了驱动线圈以及偏置磁场的设计参数。
其他文献
近年来,超分子化学大放异彩,大量依附超分子组装而成的新型分子机器或新型功能聚合物材料别具一格。这在一定程度上改善了传统合成方法些许弊端的同时,也推动了光电能源、医学生物等实际应用领域进入发展新维度。因此,本文利用四苯基乙烯基分子为基体,开展了基于超分子组装原理的三个部分的研究,涵盖小分子以至高分子光物理性质探索,内容包括:利用小分子的超分子组装,考察了聚集诱导发射的机理。把四苯乙烯（TPE）和芘分
区块链是去中心化思想落地的应用之一,它能够在去中心化的网络环境下保证数据的一致性和安全性。但区块链更适于存储“账本”类的小对象,对大对象的存储还需依靠去中心化存储系统。去中心化存储系统摒弃了中心化存储系统依靠中心节点管理数据的模式,它的底层采用P2P网络,网络中所有节点的身份都是对等的。每个节点上传的数据经过分块、加密、编码后直接被分发到网络中的其他节点上,不需要经过第三方平台。在去中心化存储系统
最近十几年,由于石墨烯的成功制备引发了二维材料的蓬勃发展。其中,二维磁性材料因其在构建自旋电子学器件方面的潜在应用而引起了人们浓厚的研究兴趣。目前,已经发现了一些二维本征磁性材料,而且二维磁性还可以通过施加外部电磁场、掺杂吸附、外部应力或者形成范德华异质结构等手段进行调控。寻找更多优良的二维磁性材料对于自旋电子学的研究和应用都具有重要价值。通过第一性原理计算,本文系统地研究了多层过渡金属氧族化合物
多波束单光子雷达是目前探测速率最高的一种激光雷达方案,利用激光光束阵列照亮目标,并采用单光子探测器探测激光回波信号将探测灵敏度提高至单光子水平。由于多波束单光子雷达具有灵敏度高、功耗低、结构轻便等优势,在对地测绘和远距离成像等方向有极为重要的应用。其中,多通道时间测量技术是其中的核心技术之一,很大程度上决定了整个系统的测量精度和速率等性能指标。针对时间测量技术的重要作用,本文发展了一种基于时钟相移
长期以来,水体富营养化作为一个亟待解决的热点环境问题而备受全球关注,磷则是引发该环境问题的限制性因素。目前,能够有效吸附磷的材料大多需要改性才能起到较好的除磷效果,亟待开发经济高效的天然吸附剂。生态沟渠凭借构建方便,运行费用低等优势被广泛应用于农业废水中磷的去除。但在目前的研究中,生态沟渠对磷的截留效果却较为欠佳。为提高农田排水中磷的拦截效率,本项研究将拥有较大比表面积,孔隙丰富且渗透性好的天然赤
通过查阅相关的试验研究资料发现,纤维增强钢丝网混凝土这种新型材料结合了纤维混凝土以及钢丝网混凝土所具有的优点,其在抗拉强度、抗裂性能以及延性和韧性上均表现出更佳的性能。针对纤维增强钢丝网混凝土性能方面的研究,我国当前研究并不成熟,尤其是在理论方面需要更进一步的加深。与此同时,玄武岩纤维筋和普通钢筋相比,其弹性模量很低,因此这种新型材料虽然十分环保,但是由于其自身特性在梁结构当中单独应用并不太合适。
体内大多数细胞处于由其他细胞和周围细胞外基质组成的相对复杂的三维环境中,而细胞和细胞之间以及细胞和周围环境之间的相互关系更加复杂。目前,最常见的培养方式就是传统的二维细胞培养法,即在培养皿或者孔板之中培养细胞,通过复苏、传代与冻存等多种常规操作可以保证细胞的多种生长特性,而且这种方法操作方法简单,成本较低。但是这种方法也会使得细胞丢失一些在三维环境中所具有的特有的生长特性。所以在体外为细胞提供一个
凝血功能检测在临床应用中是疾病筛查和术前体检的重要项目之一,可以帮助医生做出更科学的诊断结果。凝血功能的常规检测方法包括双向磁珠法、光电检测法、光学浊度法等。血栓弹力图以其快速便携、低成本并能实现即时检测（point-of-care testing,POCT）等优势得到广泛应用。本文总结了生物体凝血级联反应机制,梳理了凝血检测设备的发展历史,分析了市场上常用的几款设备的检测原理及优劣。根据便携式和
我国目前正处于城市化高速发展期的末端,经过近几十年的持续建设,我国城市建设从增量型逐渐转变为增量与存量并重。经济与社会的快速发展变化使得既有建筑改造需求日益增多,对改造的品质和速度的要求也越来越高,如何使既有建筑的改造更新符合快速变化的需求就成为本文研究的起点。论文在对轻型建筑思想及实践的研究基础上,梳理并提出既有建筑改造的轻型化技术手段与设计策略,抓住轻型建筑思想少费多用的核心,综合轻型结构与材
背景及目的卵巢癌是常见的女性恶性肿瘤,也是全球妇科恶性肿瘤死亡的主要原因,全球每年约有24万女性被诊断为卵巢癌,约有15万患者死于卵巢癌,其死亡率为女性生殖系统癌症之首。卵巢癌分为上皮性癌、恶性生殖细胞肿瘤和性索间质肿瘤等,其中上皮性卵巢癌最为常见。卵巢癌起源复杂,由于卵巢深处盆腔,发病早期无特异性症状,确诊时,约70%患者处于晚期,卵巢癌已扩散至腹腔。卵巢癌治疗初期手术及化疗往往治疗效果好,但大