面向容错特性的高可靠性冗余并联六维力传感器研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51305383
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0501.机器人与机构学
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2016-12-31

项目摘要

In order to meet the urgent need of high-reliability six-axis force in field of aerospace and national defense, the concept of redundancy and fault-tolerance is introduced to the parallel six-axis force sensor in this project. By combining mechanism modeling, theoretical design and application experiment, the theoretical system of redundant parallel six-axis force sensor oriented fault-tolerant characteristic will be constructed. Based on the thought of total stiffness analysis and displacement compatibility, the mechanical mapping characteristics and inherent laws of the redundant parallel six-axis force sensor will be revealed from the view of fault-tolerant measurement. Through the reliability theory and synthesis method of the parallel mechanism, the mechanism selection and elastic body innovation design of the fault-tolerant sensor oriented to high reliability requirement will be studied. Considering redundancy and fault-tolerant properties comprehensively, the evaluation indices quantified and characterized the sensor physical performance will be proposed and the optimal design method will be built with multi-level optimal strategy. The solving scheme for the key technology problems of the fault-tolerant sensor will be put forward and the prototype of the sensor will be manufactured. Based on the proposed fault diagnosis and restructing algorithm, the fault-tolerant data acquisition and measurement system will be developed. The calibration and application experiments will be carried out. According to the research, a new direction for the application of redundant parallel mechanism will be opened up, the design theory of parallel six-axis force sensor will be expanded and deepen, the theoretical and technology basis for the development of the high reliability six-axis force measurement system will be provided.
面向航天、国防等领域对高可靠性六维力传感器的迫切需求,本项目提出将冗余、容错理念引入并联六维力传感器及其系统,通过机理建模、理论分析和应用实验相结合的途径,构建面向容错特性的冗余并联六维力传感器理论体系。基于解析整体刚度和位移协调的思想,从容错测量角度揭示冗余并联六维力传感器结构的力学映射特性和内在规律;融合可靠度理论和并联机构型综合方法,开展适于高可靠性要求的容错式并联力传感器机构选型及弹性体创新设计;综合考虑冗余与容错特性,提出能够量化描述、表征传感器物理性能的评价指标,并采用多级优化策略建立容错式传感器优化设计方法;提出容错式传感器关键技术的解决方案,研制传感器样机,研究故障诊断和模型重构算法,开发容错式信号采集及测量系统,进行标定和应用实验研究。研究内容将为冗余并联机构的应用开辟新方向,拓展和深化并联六维力传感器设计理论,为开发高可靠性六分力测试系统提供重要的理论依据和技术基础。

结项摘要

面向复杂、苛刻环境的高可靠性需求,研制具备容错特性的六维力传感器对于我国航天、国防等领域六分力测试技术水平的提高具有重要意义。面向容错特性进行并联六维力传感器研究,不仅重视如何进行冗余设计,也重视故障后的容错性能,是冗余设计的拓展和深化。本项目将容错理念融入并贯穿于构型综合、机理建模、性能优化、标定测试和应用实验全过程。基于可靠度和冗余优化模型,从实现高可靠性的角度进行冗余并联六维力传感器机构构型综合与优选,为高可靠性六维力传感器结构设计提供了新思路。基于整体刚度和位移协调思想,从实现容错测量的角度对冗余超静定并联六维力传感器结构力学映射关系的求解,从新的视角揭示了冗余并联机构的力学特性。结合传感器物理意义,对冗余、容错分项性能指标的研究和提出,以及在此基础上提出的综合考虑冗余、容错特性的多级优化策略,为冗余并联力传感器的尺寸综合和位形优化提供了新途径。研制了预紧容错式六维力传感器、共用复合铰链容错式六维力传感器、柔性一体化容错并联六维力传感器三种传感器样机,设计并开发出故障识别与模型重构算法,搭建了容错并联六维力传感器标定系统与应用实验系统,完成了传感器标定测试、曲面跟踪、轴孔装配等应用实验,从结构容错和容错测量、控制策略两方面综合提高了并联六维力传感器的可靠性,形成了一套面向容错特性并联六维力传感器设计理论与关键技术解决方案。面向容错特性的冗余并联六维力传感器机理建模、构型综合、性能评价和设计方法等理论问题的解决和实际系统的搭建,拓展和深化了并联六维力传感器的设计理论,为高可靠性容错式六维力传感器的设计与系统开发提供了重要的理论依据和技术基础,同时将为冗余并联机构的应用开辟新方向。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(3)
会议论文数量(2)
专利数量(0)
预紧式并联六维力传感器容错测量机理与标定测试研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    机械工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    崔朋肖;朱佳龙;许允斗;赵永生
  • 通讯作者:
    赵永生
A 3-D printed redundant six-component force sensor with eight parallel limbs
具有八个平行臂的 3D 打印冗余六分量力传感器
  • DOI:
    10.1016/j.sna.2016.05.041
  • 发表时间:
    2016-08-15
  • 期刊:
    SENSORS AND ACTUATORS A-PHYSICAL
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Yao, Jiantao;Zhang, Hongyu;Zhao, Yongsheng
  • 通讯作者:
    Zhao, Yongsheng
Isotropy analysis of redundant parallel six-axis force sensor
冗余并联六轴力传感器各向同性分析
  • DOI:
    10.1016/j.mechmachtheory.2015.03.018
  • 发表时间:
    2015-09-01
  • 期刊:
    MECHANISM AND MACHINE THEORY
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Yao, Jiantao;Zhang, Hongyu;Zhao, Yongsheng
  • 通讯作者:
    Zhao, Yongsheng
Fault-tolerant parallel six-component force sensor
容错并联六分量力传感器
  • DOI:
    10.1007/s11012-015-0299-5
  • 发表时间:
    2016-07
  • 期刊:
    Meccanica
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Hongyu Zhang;Weimin Zhang;Yundou Xu;Yongsheng Zhao
  • 通讯作者:
    Yongsheng Zhao
超静定六维力传感器静定测量模型及标定方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    仪器仪表学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    姚建涛;李立建;许允斗;赵永生
  • 通讯作者:
    赵永生

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其他文献

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  • 期刊:
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  • 通讯作者:
    赵永生
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    蔡大军;尹航;陈雷;许允斗;姚建涛
  • 通讯作者:
    姚建涛
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    许允斗;刘文兰;陈亮亮;姚建涛;赵永生;朱佳龙
  • 通讯作者:
    朱佳龙
基于含复合转动直线驱动单元的并联机构运动原理分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    许允斗;仝少帅;王增照;刘宇;姚建涛;赵永生
  • 通讯作者:
    赵永生
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    燕山大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭金伟;许允斗;刘文兰;姚建涛;赵永生
  • 通讯作者:
    赵永生

其他文献

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高稳普适软体抓持机器人仿生聚类创成基础理论
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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