重力自平衡上肢康复机器人设计与试验

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作者 马冲 李守忠 +3 位作者 匡新宇 张文龙 李军利 赵宏哲 《机械传动》 北大核心 2025年第1期144-152,共9页

【目的】在机器人中添加重力平衡机构,可有效提升机器人的动态性能。但现有上肢康复训练机器人涉及末端牵引式平衡机构的很少。针对该问题,在分析了上肢康复机器人悬臂工作过程中质心变化规律的基础上,设计了一种可自动平衡重力的上肢... 【目的】在机器人中添加重力平衡机构,可有效提升机器人的动态性能。但现有上肢康复训练机器人涉及末端牵引式平衡机构的很少。针对该问题,在分析了上肢康复机器人悬臂工作过程中质心变化规律的基础上,设计了一种可自动平衡重力的上肢康复机器人悬臂机构。【方法】该机构能够通过确定零长弹簧位置以及参数实现重力平衡,即只需1根弹簧便能满足上肢康复机器人悬臂在拉伸以及旋转工作状态下的自平衡;理论上可完全消除由重力产生的关节负载,减小能量损耗,提升上肢康复机器人的工作范围及系统性能;并且设计了康复机器人平衡模型并搭建样机试验平台,验证了模型的准确性和设计方案的可行性。【结果】结果表明,与传统牵引式康复悬臂相比,弹簧重力平衡方案的效果显著,平衡所需力矩减小了92%,关节驱动转矩减小了85%。 展开更多

关键词 上肢康复 重力自平衡 零长弹簧 质心特性 数学模型

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基于零长弹簧的超低频垂直隔振系统研究 被引量：6

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作者 李刚 胡华 +2 位作者 伍康 王观 王力军 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2015年第7期33-37,63,共6页

设计并实现了一种基于零长弹簧的超低频垂直隔振系统。利用零长弹簧倾斜悬挂摆杆,通过精细调节可实现固有周期为20 s的机械振荡。利用光电探测技术检测摆杆的微小位移,并对摆杆进行比例积分微分控制(Proportional-Integral-Derivative,P... 设计并实现了一种基于零长弹簧的超低频垂直隔振系统。利用零长弹簧倾斜悬挂摆杆,通过精细调节可实现固有周期为20 s的机械振荡。利用光电探测技术检测摆杆的微小位移,并对摆杆进行比例积分微分控制(Proportional-Integral-Derivative,PID),有效补偿温度变化及弹簧蠕变引起的系统漂移,提高系统的稳定性。深入分析控制参数对系统周期特性的影响,反馈控制的积分项(I项)可补偿系统漂移,反馈控制的比例项(P项)可调节系统的刚度,而微分项(D项)可用于控制系统的阻尼系数。通过设置合适的控制参数,可以将系统的固有周期调节至30 s以上。该系统理论上可以实现超低频垂直隔振,有望应用于高精度绝对重力测量等精密物理实验研究。 展开更多

关键词 垂直隔振 零长弹簧 反馈控制

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国产零长弹簧原理动态重力仪首次飞行试验及精度评估 被引量：3

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作者 翟振和 范昊鹏 +2 位作者 管斌 马健 段渭超 《测绘通报》 CSCD 北大核心 2021年第2期68-71,共4页

CHZ-Ⅱ重力仪是首套完全国产零长弹簧原理航空重力仪,2018年4月在陕西渭南地区进行了首次飞行试验,共完成4个架次24条测线的有效飞行,标志着我国航空重力仪在自主研发的道路上又取得了长足的进步。利用飞行地区地面重力数据对CHZ-Ⅱ重... CHZ-Ⅱ重力仪是首套完全国产零长弹簧原理航空重力仪,2018年4月在陕西渭南地区进行了首次飞行试验,共完成4个架次24条测线的有效飞行,标志着我国航空重力仪在自主研发的道路上又取得了长足的进步。利用飞行地区地面重力数据对CHZ-Ⅱ重力仪的测线扰动重力和格网扰动重力数据进行精度评估,其中空中测线在10 km分辨率条件下,精度达到1 mGal。采用地形辅助法对测量形成的5'测格网重力数据进行向下延拓,经延拓至地面后精度优于5 mGal,基本满足平原地区的测量需求。 展开更多

关键词 CHZ-Ⅱ动态重力仪 零长弹簧 扰动重力 向下延拓 阶方差模型

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建立零长弹簧传热等效模型 被引量：1

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作者 李德才 褚宁 朱学毅 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第2期248-253,共6页

零长弹簧作为高精度重力敏感器的核心元件,其温度场分布直接影响重力敏感器的测量精度,由于弹簧结构特殊,为了研究其传热特性,提出建立零长弹簧传热的等效模型。首先通过实验测得零长弹簧电阻温度系数,再设计实验测量零长弹簧的分段阻... 零长弹簧作为高精度重力敏感器的核心元件,其温度场分布直接影响重力敏感器的测量精度,由于弹簧结构特殊,为了研究其传热特性,提出建立零长弹簧传热的等效模型。首先通过实验测得零长弹簧电阻温度系数,再设计实验测量零长弹簧的分段阻值变化来反求各段平均温度变化,通过最优化方法计算求解零长弹簧的温度分布曲线,结果表明,该曲线为幂函数曲线。为使零长弹簧可以用等长等直径的圆柱体来代替,利用Ansys进行仿真并建立了一个适于工程应用的导热系数随温度变化表格。仿真结果表明,该表格能够达到用圆柱体代替零长弹簧来研究其传热特性的目的,最大相对误差为2.8%。 展开更多

关键词 零长弹簧 温度场 导热系数 传热等效模型

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贝尔雷斯金属零长弹簧自动重力仪 被引量：6

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作者 曾华霖 赵育刚 《物探与化探》 CAS CSCD 2006年第6期562-564,共3页

美国零长弹簧公司(Zero-Length Spring Corporation)生产的贝尔雷斯(Burris)金属零长弹簧自动重力仪,是拉科斯特-隆贝格(LaCoste&Romberg)陆地重力仪的升级产品和重大改进。该仪器具有以下三大特色:先进的U ltra-G ravTM控制系统、... 美国零长弹簧公司(Zero-Length Spring Corporation)生产的贝尔雷斯(Burris)金属零长弹簧自动重力仪,是拉科斯特-隆贝格(LaCoste&Romberg)陆地重力仪的升级产品和重大改进。该仪器具有以下三大特色:先进的U ltra-G ravTM控制系统、世界的测量范围、完全综合的整体设计。介绍了零长弹簧思想的提出及拉科斯特-隆贝格重力仪的生产过程。 展开更多

关键词 金属零长弹簧 重力仪 生产历程

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CHZ-Ⅱ海洋重力仪研制与实践 被引量：3

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作者 柳林涛 何建刚 +8 位作者 许江宁 刘雷钧 高金耀 孙中苗 吴太旗 梁星辉 胡明 郎骏健 何泓洋 《测绘学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期620-628,共9页

海洋重力仪是获取高精度高分辨率海洋重力场的重要仪器,主要应用于资源勘探、大地水准面精化、海洋科学研究和重力辅助惯性导航等领域。我国现有的海洋重力仪主要依靠国外进口,不仅价格高,而且在仪器的引进、维护等方面存在诸多的不便... 海洋重力仪是获取高精度高分辨率海洋重力场的重要仪器,主要应用于资源勘探、大地水准面精化、海洋科学研究和重力辅助惯性导航等领域。我国现有的海洋重力仪主要依靠国外进口,不仅价格高,而且在仪器的引进、维护等方面存在诸多的不便。在科技部首批重大科学仪器专项的支持下,基于CHZ海洋重力仪成功研制出具有完全自主知识产权的CHZ-Ⅱ弹簧式海洋重力仪。该新型重力仪采用金属零长弹簧作为测量元件,其独特的轴对称垂直悬挂结构可克服交叉耦合效应;高精度伺服控制技术及强阻尼的应用可克服载体扰动的影响,确保仪器在不同海况下保持测量精度;高精度恒温技术及温度补偿技术可消除环境温度波动对仪器测量精度的影响。本文介绍了该仪器的工作原理、系统构成、技术特点及测试结果。静态试验表明其月漂移优于3 mGal;码头系泊试验表明其动态精度达到0.2 mGal,能清晰反映海潮的重力变化特征;总航程超过5万海里船载试验表明其综合测量精度优于1 mGal。仪器在精度和稳定性上达到与国内外同类仪器并跑水平,可替代当前国外进口的海洋重力仪。 展开更多

关键词 CHZ-Ⅱ海洋重力仪 零长弹簧 硅油阻尼 高精度恒温技术 陀螺稳定平台 海洋重力测量

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流动式相对重力仪的研制与应用

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作者 张寒 朱学毅 +3 位作者 缑小路 吴畏 仇恺 高峰 《地震科学进展》 2024年第7期466-470,共5页

地球重力场信息是进行地球物理研究的重要基础数据,对我国具有重要意义。作为陆上高精度重力测量的核心仪器,流动式相对重力仪因其技术门槛高,国内市场长期被国外产品所垄断。天津航海仪器研究所依托掌握的金属零长弹簧制备核心技术,成... 地球重力场信息是进行地球物理研究的重要基础数据,对我国具有重要意义。作为陆上高精度重力测量的核心仪器,流动式相对重力仪因其技术门槛高,国内市场长期被国外产品所垄断。天津航海仪器研究所依托掌握的金属零长弹簧制备核心技术,成功研制出流动式相对重力仪,成为国内极少数掌握该项技术的单位,可全面满足包括陆上重力基线场在内的野外测量作业要求。由天津航海仪器研究所研制的流动式相对重力仪通过了国内最具权威用户组织中国地震局的入网测评,实测重复性标准差为3.1μGal,精度为3.5μGal,分辨力优于1μGal,整体性能达到国际先进水平。 展开更多

关键词 相对重力仪 重力测量 零长弹簧 设备入网测试

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海洋重力仪金属零长弹簧的性能研究及研制

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作者 汪龙 邹舟 +1 位作者 吴鹏飞 柳林涛 《大地测量与地球动力学》 CSCD 北大核心 2024年第7期759-763,共5页

揭示海洋重力仪金属零长弹簧的物理特性,阐述基于Fe-Ni系恒弹性合金研制金属零长弹簧的工艺,并系统总结关键研制过程及研制难点,研制出一批性能优异、零长状态佳的海洋重力仪金属零长弹簧。

关键词 金属零长弹簧 恒弹性合金 预应力 反向旋转 海洋重力仪

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康复外骨骼的人-机重力平衡策略

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作者 李剑峰 赵朋波 +3 位作者 张雷雨 陶春静 季润 刘钧辉 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第11期1376-1384,共9页

针对一种上肢康复外骨骼,提出了2种被动人-机重力平衡策略,以减小关节负载力矩、降低驱动电机功率.采用2套零初长弹簧单元作为重力平衡装置,以人-机系统在任意位姿下的势能总和保持恒定为理论依据,推导出人-机系统的完全重力平衡模型.... 针对一种上肢康复外骨骼,提出了2种被动人-机重力平衡策略,以减小关节负载力矩、降低驱动电机功率.采用2套零初长弹簧单元作为重力平衡装置,以人-机系统在任意位姿下的势能总和保持恒定为理论依据,推导出人-机系统的完全重力平衡模型.为简化平衡系统及避免发生干涉,仅引入单套零初长弹簧单元,以人-机系统在给定运动范围内势能变化最小为优化目标,施以约束条件,对弹簧安装位置及劲度系数进行优化设计,实现人-机系统的部分重力平衡.通过计算人-机系统各位姿下的关节力矩,对2种平衡方式下的算例进行了对比分析.结果表明:完全平衡后各关节重力矩被完全消除,部分平衡后各关节重力矩被大部分消除,验证了2种平衡策略的合理性. 展开更多

关键词 康复外骨骼 完全重力平衡 部分重力平衡 零初长弹簧单元 遗传算法

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ZSGA-2型重力敏感器关键技术分析与试验验证 被引量：2

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作者 朱学毅 吴畏 +3 位作者 刘红光 仇恺 王智奇 褚宁 《导航与控制》 2019年第3期42-46,共5页

与国外主流海洋重力仪相比,国产海洋重力仪的分辨率低一个数量级,这制约了国产海洋重力仪的应用。针对国产海洋重力仪亟需提高分辨技术的需求,根据ZSGA-2型重力敏感器的工作原理,建立了弹性系统的力学模型,并开展了样机的静态性能测试... 与国外主流海洋重力仪相比,国产海洋重力仪的分辨率低一个数量级,这制约了国产海洋重力仪的应用。针对国产海洋重力仪亟需提高分辨技术的需求,根据ZSGA-2型重力敏感器的工作原理,建立了弹性系统的力学模型,并开展了样机的静态性能测试。测试结果表明,经零位漂移和大地固体潮汐修正后的静态精度达到了0.03mGal,样机随重力仪进行楼层高差测量的重复性为0.15mGal。该型重力敏感器的分辨率已经达到了国外同类产品的技术水平,并具备了一定的动态适应性,为该型高分辨率零长弹簧重力敏感器开展高动态环境适应性技术研究奠定了坚实基础。 展开更多

关键词 海洋重力仪 零长弹簧 重力敏感器 固体潮汐 测试

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零长弹簧及其在移动式重力仪中的装配精度需求 被引量：1

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作者 涂海波 何建刚 +2 位作者 刘雷钧 刘孙君 柳林涛 《导航与控制》 2015年第2期46-50,共5页

阐述了零长弹簧的工作原理和装配方法,分析了在CHZ-Ⅱ型海洋重力仪和具有机械放大作用的斜拉弹簧重力仪中应用零长弹簧原理时,对探头装配和调节工艺的精度需求。当在垂直于弹簧的扰动达到100Gal的动基座上应用零长弹簧时,为使弹簧自重... 阐述了零长弹簧的工作原理和装配方法,分析了在CHZ-Ⅱ型海洋重力仪和具有机械放大作用的斜拉弹簧重力仪中应用零长弹簧原理时,对探头装配和调节工艺的精度需求。当在垂直于弹簧的扰动达到100Gal的动基座上应用零长弹簧时,为使弹簧自重引起的系统误差不大于0.5mGal,典型情形下弹簧零长的补偿误差需在1mm以内。 展开更多

关键词 零长弹簧 装配误差 CHZ-Ⅱ海洋重力仪 斜拉弹簧重力仪

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CHZ-Ⅱ海洋重力仪“雪龙”号测试结果

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作者 郎骏健 梁星辉 +4 位作者 石志敏 周志博 刘雷钧 高金耀 柳林涛 《导航与控制》 2024年第5期108-113,94,共7页

海洋重力仪是当前获取高精度、高分辨率海洋重力场信息的一种重要仪器,当前主要的海洋重力仪仍然依赖于进口。CHZ-Ⅱ作为自主研制的海洋重力仪,经历了多次海面船载测试效果良好。首先介绍CHZ-Ⅱ海洋重力仪的结构组成和技术特点,然后介... 海洋重力仪是当前获取高精度、高分辨率海洋重力场信息的一种重要仪器,当前主要的海洋重力仪仍然依赖于进口。CHZ-Ⅱ作为自主研制的海洋重力仪,经历了多次海面船载测试效果良好。首先介绍CHZ-Ⅱ海洋重力仪的结构组成和技术特点,然后介绍搭载“雪龙”号科考船的测试结果,统计了航次三个格网交叉点不符值的内符合精度,格网1的精度为0.73 mGal,格网2的精度为1.63 mGal,格网3的精度为0.54 mGal,与Sandwell V32卫星测高模型重力异常在整体变化趋势上一致。此次“雪龙号”南极测试表明,仪器在精度和稳定性上达到与国内外同类仪器并跑水平,可替代当前进口的海洋重力仪。 展开更多

关键词 CHZ-Ⅱ海洋重力仪 零长弹簧 海洋重力测量 内符合精度

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