针对航空航天飞机蒙皮壁板等大尺度构件自动钻铆加工中工业机器人刚度较低、加工精度差的问题,以KUKA KR600 R2830型工业机器人为例,通过调整工业机器人加工位姿的方式进行刚度优化。建立所选型号工业机器人运动学模型,在此基础上建立刚度模型并通过刚度辨识实验求解工业机器人各关节刚度;采用蒙特卡洛法绘制工业机器人作业空间并结合刚度性能评价指标在工作空间基础上绘制刚度云图,表征机器人刚度性能分布;结合参数优化后的模拟退火算法求解机械臂刚度最优位姿及当前位姿下的关节角;最后利用仿真及实验进行验证,证明刚度最大位姿的有效性。此方法可为高精重载工业机器人的加工稳定性研究提供思路和指导,提升6R工业机器人钻铆质量。

高刚度六维力传感器研究已成为智能传感技术的主要发展方向之一。以Stewart型六维力传感器为研究对象,通过理论参数分析,优化了传感器基本结构参数。利用有限元分析软件ABAQUS建立Stewart型六维力传感器仿真模型,通过与试验数据对比,验证了仿真分析的可靠性。分析了上、下平台定位角αB,αA对传感器刚度的影响,研究表明,当αA=100°、αB=30°时,传感器刚度较优化前提升了13.91%~20.07%。

针对越野车辆座椅刚度提升问题,提出了利用并联机构作为座椅悬架主体结构的方案。为保证悬架装置具有高精度位姿和高刚度结构,对链间耦合与固有频率进行研究。首先,通过能量法、虚功原理和扰动理论,可以获得机构的广义质量和广义刚度矩阵;其次,弹性耦合和惯性耦合是基于以上两个广义矩阵而定义的两个指标来测量并联机构的耦合程度,通过Cholesky分解法获得机构的固有频率;然后,为了获得较小的弹性耦合、惯性耦合和较大的固有频率,以固有频率作为目标函数来优化悬架装置的结构参数;最终,对优化结果综合分析,获得最优结构参数用于改进装置结构。

为保证大展弦比柔性机翼在巡航飞行时的气动性能够达到设计指标,需要在机翼气动外形设计阶段进行型架设计。机翼刚度对气动载荷有显著影响,是影响静气动弹性的重要因素之一。基于流固耦合方法开展变刚度型架外形设计鲁棒性分析研究,建立以机翼刚度为自变量的全机弹性气动导数评估模型,并以机翼扭转角及升力效率为约束,开展机翼刚度敏度分析。结果表明垂直弯曲刚度、扭转刚度是影响机翼扭转角及全机升力效率的主要刚度特性;在机翼刚度变化不超过10%时可冻结型架外形;全机弹性气动导数与刚度比呈线性关系。研究结果可用于工程型号设计中的目标刚度静气动弹性评估。