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基于容错机理的轮辐式压电六维力传感器研究

基于容错机理的轮辐式压电六维力传感器研究

作者：徐兴盛济南大学

学位级别：硕士

六维力/力矩传感器（以下简称六维力传感器）是一种具备感知空间外力、力矩信息能力的装置,广泛应用于航空航天、工业机器人、重载装备制造等领域。六维力传感器的工作环境复杂、恶劣,环境因素或是人为因素都可能导致六维力传感器失效... 详细信息

六维力/力矩传感器（以下简称六维力传感器）是一种具备感知空间外力、力矩信息能力的装置,广泛应用于航空航天、工业机器人、重载装备制造等领域。六维力传感器的工作环境复杂、恶劣,环境因素或是人为因素都可能导致六维力传感器失效。在执行测量任务的过程中,人们无法或很难及时对六维力传感器进行故障检测、修复,可能会使整个系统无法精确地完成实时测量外力矢量信息等任务,进而造成巨大的经济损失甚至造成严重的人员伤亡。现有的传感器大多数只具备精确测量能力,当出现故障便无法继续工作,限制了智能制造装备的发展。因此,开展具备容错测量能力的六维力传感器基础理论的研究。本文基于多点测量原理及容错测量机理,提出了一种带有冗余分支的压电式六维力传感器的容错测量方法。从力学角度出发,分析了六维力传感器在空间外力载荷下力敏元件的受力变形规律;推导出了力敏元件受力与空间外力的映射关系表达式,并在此基础上建立了传感器的无故障测量模型以及故障测量模型。利用ANSYS有限元软件模拟求解真实工程的能力验证了测量原理的可行性。基于传感器的容错测量机理设计了一种轮辐式传感器结构,分析了空间外力作用在传感器结构的载荷传递过程,建立了它的静动力学解析模型,推导得出传感器的电荷灵敏度和固有频率的理论计算公式。通过有限元仿真分析得出轮辐式结构的尺寸设计参数对传感器测量性能的影响规律,基于遗传算法对传感器结构进行优化设计;对最终确定的尺寸参数进行静动力学仿真,计算得出灵敏度及固有频率;加工并完成了传感器样机的装配,搭建了六维力传感器标定系统,进行了六维力传感器的静态及动态标定实验,得出传感器的性能指标。当传感器进行容错测量时会产生较大误差,为解决该问题,展开了六维力传感器的非线性解耦算法研究,并利用实验数据作为样本进行了验证。

关键词：六维力传感器容错测量压电效应轮辐式结构优化设计非线性解耦

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轮辐结构压电式六维力传感器设计

光学精密工程 2020年第12期28卷 2655-2664页

作者：徐兴盛李映君王桂从孙选孙杨济南大学机械工程学院山东济南250022

针对机器人对工作环境进行反馈进而实现自动化作业,展开了对压电式六维力传感器的研究。本文选用压电石英作为力敏元件,结合并联分载原理及多点测量原理提出一种8点支撑轮辐式压电六维力传感器结构及其测量原理,它具备强解耦、轻量化、... 详细信息

针对机器人对工作环境进行反馈进而实现自动化作业,展开了对压电式六维力传感器的研究。本文选用压电石英作为力敏元件,结合并联分载原理及多点测量原理提出一种8点支撑轮辐式压电六维力传感器结构及其测量原理,它具备强解耦、轻量化、大量程和高固有频率的特点。利用ANSYS软件进行参数化建模,并进行六维力静力学仿真实验,验证了8点支撑轮辐式传感器测量原理。搭建了准静态标定及动态标定平台,对设计的压电式六维力传感器进行标定。实验结果表明,传感器的非线性度<0.5%,维间干扰<4%,固有频率超过6 kHz。轮辐式结构压电六维力传感器可以有效地完成六维力测量并消除维间耦合,满足动态测量需求,为轻量化大量程传感器的设计提供了理论基础和设计依据,对其他类型压电式六维力传感器设计和研制具有重要的参考价值。

关键词：压电石英轮辐式多点测量原理六维力传感器维间耦合

一种移动环境下显控终端固定操作装置的结构设计与分析

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机电信息 2022年第15期 37-39,44页

作者：邵将徐兴盛中国电子科技集团公司第二十二研究所山东青岛266107

介绍了一种显控终端固定操作装置,该装置可使显控终端在车载、船载、机载等移动环境下具有较好的固定及操作的便捷性,人机工程性良好。该装置包括竖向设置的两根带有定位孔的滑轨,在两根滑轨之间安装可沿滑轨上下滑动的升降固定板,该升... 详细信息

介绍了一种显控终端固定操作装置,该装置可使显控终端在车载、船载、机载等移动环境下具有较好的固定及操作的便捷性,人机工程性良好。该装置包括竖向设置的两根带有定位孔的滑轨,在两根滑轨之间安装可沿滑轨上下滑动的升降固定板,该升降固定板的左右两端各设置一个弹性拉手;在升降固定板的左右两端还各设置一个侧旋座,在其中的一个侧旋座上设置弹性拉手,在两个侧旋座之间铰接有一个可绕侧旋座摆动的终端支座。该固定操作装置占用空间小、重量轻,可以安装在前排座椅靠背后方等位置,满足不同操作人员的不同使用需求。

关键词：显控终端移动环境固定操作仿真分析

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反演二维瞬态热传导问题随温度变化的导热系数

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应用数学和力学 2014年第12期35卷 1341-1351页

作者：周焕林徐兴盛李秀丽陈豪龙合肥工业大学土木与水利工程学院合肥230009

基于边界元法反演二维瞬态热传导问题随温度变化的导热系数.采用Kirchhoff变换将非线性的控制方程转变为线性方程.边界元法用于构建二维瞬态热传导问题的数值分析模型.将反演参数作为优化变量,测点温度计算值与测量值之间的残差平方和... 详细信息

基于边界元法反演二维瞬态热传导问题随温度变化的导热系数.采用Kirchhoff变换将非线性的控制方程转变为线性方程.边界元法用于构建二维瞬态热传导问题的数值分析模型.将反演参数作为优化变量,测点温度计算值与测量值之间的残差平方和作为优化目标函数.引入复变量求导法求解目标函数的梯度矩阵,梯度正则化法用于优化目标函数获得反演结果.探讨时间步长、测点数量和随机偏差对反演结果的影响.减小步长、增加测点数量收敛速度加快.降低了随机偏差,计算结果更精确.算例证明了算法的有效性与稳定性.

关键词：边界元法反问题瞬态热传导导热系数梯度正则化法

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论新世纪人才的素质

思想．理论．教育 2000年第8期 32-33页

作者：王从军徐兴盛同济大学

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二维瞬态热传导问题热物性参数反演

合肥工业大学学报（自然科学版） 2015年第9期38卷 1237-1241,1248页

作者：周焕林徐兴盛李秀丽胡豪合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009

文章采用边界元法分析二维瞬态热传导问题;建立热扩散系数和导热系数反演问题的目标函数,利用共轭梯度法对该目标函数进行优化,引入复变量求导法求解目标函数梯度矩阵,该方法的求导精度优于常规差分法;探讨了迭代初值、测量数据随机偏... 详细信息

文章采用边界元法分析二维瞬态热传导问题;建立热扩散系数和导热系数反演问题的目标函数,利用共轭梯度法对该目标函数进行优化,引入复变量求导法求解目标函数梯度矩阵,该方法的求导精度优于常规差分法;探讨了迭代初值、测量数据随机偏差对计算结果的影响。迭代初值不同,反演结果都能收敛到精确解;随机偏差越大,迭代步数越多;随机偏差越小,计算结果越趋近于精确解。算例验证了方法的有效性和稳定性。

关键词：瞬态热传导边界元法共轭梯度法复变量求导法参数反演

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天线支撑杆的抗倾覆仿真分析

机械 2022年第1期49卷 31-36页

作者：徐兴盛宋冰韩鑫王森中国电子科技集团公司第二十二研究所机械设计中心山东青岛266107

研究天线支撑杆在风载作用下的抗倾覆问题。采用有限元软件构建仿真模型,分析在16级风作用下水泥墩对天线支撑杆的抗倾覆影响,讨论了接触面的网格尺寸对计算结果精度的影响,探讨了各种尺寸的方形和圆形水泥墩的抗倾覆结果。研究结果表明... 详细信息

研究天线支撑杆在风载作用下的抗倾覆问题。采用有限元软件构建仿真模型,分析在16级风作用下水泥墩对天线支撑杆的抗倾覆影响,讨论了接触面的网格尺寸对计算结果精度的影响,探讨了各种尺寸的方形和圆形水泥墩的抗倾覆结果。研究结果表明:水泥墩的尺寸对天线支撑杆抗倾覆有明显的影响,对比几种工况的仿真结果选出满足设计要求的水泥墩。本文方法适用于天线支撑杆结构的抗倾覆问题,可为同类型天线支撑杆结构的设计提供参考。

关键词：抗倾覆风荷载天线支撑杆仿真分析

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一种天线支架的结构设计及有限元分析

机电信息 2023年第12期 49-51,55页

作者：徐国梁康鹏徐兴盛彭浩宸中国电子科技集团公司第二十二研究所山东青岛266107

结合某型接收天线使用要求,设计了一型天线支架,并对其进行有限元分析。分析在12级风作用下天线支架的应力和变形,确定了具体的设计参数,实现了结构安全可靠和轻量化。所提方法适用于天线支架的静力学分析问题,可为同类型设计提供参考。

关键词：天线支架结构设计有限元分析

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某机载雷达的隔振系统性能研究

电子机械工程 2022年第2期38卷 29-32,64页

作者：徐兴盛刘斌朱晨杨新中国电子科技集团公司第二十二研究所山东青岛266107

机载雷达振动环境恶劣,往往需要对其进行隔振系统设计。文中以机载雷达的隔振系统为研究对象,基于隔振的基本理论,构建隔振系统的力学模型,获得了系统功率谱密度的理论值。利用有限元法对隔振系统进行随机振动分析,获得了系统功率谱密... 详细信息

机载雷达振动环境恶劣,往往需要对其进行隔振系统设计。文中以机载雷达的隔振系统为研究对象,基于隔振的基本理论,构建隔振系统的力学模型,获得了系统功率谱密度的理论值。利用有限元法对隔振系统进行随机振动分析,获得了系统功率谱密度的仿真计算值。在不同刚度k和阻尼比ξ的条件下,对比分析理论计算值和仿真计算值,结果表明,仿真分析方法具有较高的精度和可靠性。对安装JSZ–2型隔振器的隔振系统进行随机振动实验,对比理论计算值、仿真计算值和实验数据值,实验结果同样表明,仿真分析方法具有较高的精度和可靠性。

关键词：隔振器隔振系统随机振动有限元