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隨著機(jī)器人技術(shù)的逐步完善,適于特殊作業(yè)的機(jī)器人種類也日益增多,其應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展到微電子制造,MEMS封裝與組裝,高精密機(jī)械加工與裝配,生物芯片制備,大范圍高速掃描檢測(cè)裝備等行業(yè).隨之而來的,各行業(yè)對(duì)機(jī)器人的性能指標(biāo)提出了越來越高的要求,追求機(jī)器人的高定位精度,高重復(fù)精度,高分辨力,同時(shí)還要求其工作范圍大,質(zhì)量輕,能耗低等,從而對(duì)機(jī)器人結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求.在這樣的前提之下,為滿足人類向微小世界探尋的需要,作為機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要分支,微操作機(jī)器人成為機(jī)器人學(xué)中十分活躍的研究領(lǐng)域. 本文結(jié)合國(guó)家"863"計(jì)劃項(xiàng)目"6自由度納米級(jí)宏微操作機(jī)器人的研究(項(xiàng)目編號(hào)2002AA422260)"和"原型裝置靶瞄準(zhǔn)定位系統(tǒng)工程預(yù)先研究項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)863-804-5)",共搭建了3套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),其中采用了單一驅(qū)動(dòng)以及雙重驅(qū)動(dòng)兩條技術(shù)方案.在廣泛的分析了目前已有的柔性精密定位系統(tǒng),并聯(lián)精密定位系統(tǒng)和宏/微雙重驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上,針對(duì)目前大范圍運(yùn)動(dòng)定位與高精度定位的應(yīng)用實(shí)際需要,提出了大行程柔性鉸鏈的概念設(shè)計(jì),并以此構(gòu)建六支鏈大行程柔性并聯(lián)結(jié)構(gòu)定位系統(tǒng),為滿足超高精度的定位需要,在并聯(lián)支鏈中集成了壓電陶瓷驅(qū)動(dòng),構(gòu)成了宏/微雙重驅(qū)動(dòng)并聯(lián)結(jié)構(gòu)系統(tǒng),充分體現(xiàn)了驅(qū)動(dòng),結(jié)構(gòu),檢測(cè)一體化的設(shè)計(jì)思想. 在結(jié)構(gòu)單元的設(shè)計(jì)方面,針對(duì)當(dāng)前柔性鉸鏈運(yùn)動(dòng)范圍小等問題,在通用的球副柔性鉸鏈的基礎(chǔ)之上,提出了大行程柔性鉸鏈的概念設(shè)計(jì);在柔性并聯(lián)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方面,提出了在通用的并聯(lián)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中,采用大行程柔性鉸鏈代替?zhèn)鹘y(tǒng)運(yùn)動(dòng)副的設(shè)想,建立基于大行程柔性鉸鏈的并聯(lián)結(jié)構(gòu)系統(tǒng). 在大行程柔性并聯(lián)結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模方面,利用材料力學(xué)的基本原理和小變形假設(shè),推導(dǎo)了大行程柔性鉸鏈的數(shù)學(xué)模型,并給出了在全局坐標(biāo)系下的顯式表達(dá);在此基礎(chǔ)之上,通過剛度組集的辦法建立了大行程柔性鉸鏈并聯(lián)結(jié)構(gòu)柔性支鏈的運(yùn)動(dòng)表達(dá)式,通過聯(lián)立運(yùn)動(dòng)位移協(xié)調(diào)方程和力約束協(xié)調(diào)方程,建立了并聯(lián)結(jié)構(gòu)的位置解模型. 由于并聯(lián)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的各部件,特別是柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)在自身變形提供整體結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)輸出的同時(shí),還經(jīng)歷了大范圍的剛體運(yùn)動(dòng),導(dǎo)致大行程柔性并聯(lián)結(jié)構(gòu)的位置解模型成為典型的幾何非線性問題.鑒于此,本文首先推導(dǎo)了空間柔性結(jié)構(gòu)的幾何非線性的剛度遞推模型,并利用牛頓-萊弗森方法對(duì)該模型進(jìn)行了求解.由于幾何非線性模型的迭代求解方式,導(dǎo)致該模型的實(shí)時(shí)性很差,不易移植至控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制求解,故在大量的試驗(yàn)嘗試的基礎(chǔ)之上,選擇了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法,建立了3層六輸入-六輸出的位置解神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),從而在方便了實(shí)時(shí)控制編程的同時(shí),還大大提高了系統(tǒng)的位置解的求解速度. 由于柔性并聯(lián)結(jié)構(gòu)的位置解模型中不僅僅包括結(jié)構(gòu)中的位置信息,還提供了結(jié)構(gòu)中相關(guān)的力信息以及剛度信息,本文在上述位置解模型的基礎(chǔ)之上,給出了該類系統(tǒng)的剛度模型,并建立了并聯(lián)結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)參數(shù)和尺度參數(shù)對(duì)系統(tǒng)剛度的影響圖譜,對(duì)這類系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)綜合以及優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了有力的工具. 在大行程柔性并聯(lián)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)建模方面,采用了歐拉梁理論和有限元方法,由拉格朗日方程建立了基于實(shí)際位移的大行程柔性鉸鏈并聯(lián)機(jī)器人各支鏈的動(dòng)力學(xué)模型,并通過位移協(xié)調(diào)方程和動(dòng)力協(xié)調(diào)方程,最終得到并聯(lián)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型.綜合采用了紐馬克方法和牛頓-萊弗森方法解決了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)求解問題,并通過一個(gè)算例進(jìn)行了基于逆動(dòng)力學(xué)的求解仿真. 在大行程柔性并聯(lián)結(jié)構(gòu)的樣機(jī)實(shí)驗(yàn)方面,我們提出了采用大行程柔性鉸鏈作為被動(dòng)關(guān)節(jié)的6-PSS并聯(lián)機(jī)器人系統(tǒng),該系統(tǒng)采用壓電馬達(dá)作為驅(qū)動(dòng)器,精密光柵尺作為位置反饋元件,其可在立方厘米級(jí)的工作空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)微米級(jí)精度的運(yùn)動(dòng);在此基礎(chǔ)之上,我們?cè)诓⒙?lián)機(jī)器人的支桿中嵌入壓電陶瓷,在壓電馬達(dá)的宏運(yùn)動(dòng)結(jié)束之后,壓電陶瓷可以驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)一步的微調(diào),從而得到一個(gè)6-PSS和6-SPS結(jié)合宏微雙重驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人系統(tǒng),其中,微動(dòng)系統(tǒng)可在微米級(jí)運(yùn)動(dòng)空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)納米級(jí)的運(yùn)動(dòng)精度.基于大行程柔性鉸鏈的宏微雙重驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人系統(tǒng),可以同時(shí)滿足大工作空間和高精度的工程需要.此外,我們將大行程柔性鉸鏈并聯(lián)機(jī)器人系統(tǒng),成功的應(yīng)用到激光瞄準(zhǔn)靶支撐裝置中,其厘米級(jí)的運(yùn)動(dòng)范圍和納米級(jí)的運(yùn)動(dòng)分辨力,使其在神光III系統(tǒng)中發(fā)揮了十分重要的作用.

項(xiàng)目成果/簡(jiǎn)介:隨著機(jī)器人技術(shù)的逐步完善,適于特殊作業(yè)的機(jī)器人種類也日益增多,其應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展到微電子制造,MEMS封裝與組裝,高精密機(jī)械加工與裝配,生物芯片制備,大范圍高速掃描檢測(cè)裝備等行業(yè).隨之而來的,各行業(yè)對(duì)機(jī)器人的性能指標(biāo)提出了越來越高的要求,追求機(jī)器人的高定位精度,高重復(fù)精度,高分辨力,同時(shí)還要求其工作范圍大,質(zhì)量輕,能耗低等,從而對(duì)機(jī)器人結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求.在這樣的前提之下,為滿足

本項(xiàng)目以制備超快高儲(chǔ)能柔性器件為導(dǎo)向，建立基于界面納米復(fù)合材料的新技術(shù)。通過水熱法和電化學(xué)方法在柔性導(dǎo)電基底上構(gòu)建納米陣列/金摻雜二氧化錳的三維納米復(fù)合電極，作為正極；通過水熱法和熱處理法在柔性導(dǎo)電基底上生長(zhǎng)多孔氧化鐵納米復(fù)合材料，作為負(fù)極，組裝全固態(tài)薄膜器件。利用納米復(fù)合材料的多方面優(yōu)勢(shì)加速電子/離子在活性材料中的傳遞，進(jìn)而達(dá)到超快高儲(chǔ)能的目的。基于納米復(fù)合材料的全固態(tài)薄膜器件可展現(xiàn)出超快充電能力（10 V/s），比常規(guī)電容器的充電時(shí)間快10-100倍。這是國(guó)際上基于金屬氧化物贗電容薄膜型超級(jí)電容器研究領(lǐng)域的一個(gè)重大突破。此外，本項(xiàng)目以開發(fā)超快超柔儲(chǔ)能器件為導(dǎo)向，開發(fā)了一種熱力學(xué)誘導(dǎo)自發(fā)組裝和原位摻雜結(jié)合碳熱還原的方法來實(shí)現(xiàn)石墨烯納米篩粉體和薄膜的宏觀可控制備，解決了傳統(tǒng)石墨烯材料縱向物質(zhì)傳輸差的局限。通過控制碳熱溫度，可以調(diào)節(jié)石墨烯納米篩表面的孔密度，即孔徑大小可控（10~100 nm）。與傳統(tǒng)石墨烯薄膜電極相比，石墨烯納米篩表面豐富的孔結(jié)構(gòu)使得其作為電極材料時(shí)擁有更大的比表面積，而且電解質(zhì)離子可以在垂直于平面的軸向上傳遞，縮短了離子傳輸路徑。

山東大學(xué)燃煤污染物減排國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的柔性電極濕式靜電除塵技 術(shù)，利用靜電除塵原理，采用新型耐酸堿腐蝕性優(yōu)良的柔性陽(yáng)極材料，整套裝 置細(xì)顆粒物去除效率 83~87%，協(xié)同脫除酸霧>80%，水霧>95%，汞>70%，系 統(tǒng)可靠，零堿耗、零水耗、零廢水、無腐蝕，適用于鈣法\氨法脫硫和硫酸脫氨 尾氣治理。經(jīng)過以中國(guó)工程院秦裕琨院士為主任、任陣海院士為副主任的鑒定 委員會(huì)鑒定，為國(guó)內(nèi)唯一擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的濕式靜電除塵技術(shù)，成果達(dá) 國(guó)際領(lǐng)先水平。

本發(fā)明公開了一種高速柔性標(biāo)簽投放裝置，包括機(jī)架及安裝在 機(jī)架上的標(biāo)簽盒機(jī)構(gòu)、取標(biāo)機(jī)構(gòu)和送標(biāo)機(jī)構(gòu)，所述標(biāo)簽盒機(jī)構(gòu)包括標(biāo) 簽盒，以及安裝在標(biāo)簽盒上的直線導(dǎo)軌、上限位機(jī)構(gòu)、下限位桿、標(biāo) 簽壓塊、標(biāo)簽支撐板和吹氣噴嘴；所述取標(biāo)機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)氣缸、真空 吸盤和取標(biāo)氣缸；所述送標(biāo)機(jī)構(gòu)包括標(biāo)簽導(dǎo)向臺(tái)和推標(biāo)氣缸。本標(biāo)簽 投放裝置的標(biāo)簽盒取標(biāo)口處設(shè)有吹氣噴嘴結(jié)構(gòu)，在取標(biāo)時(shí)吹出平行氣 流，破壞標(biāo)簽之間的真空，將標(biāo)簽分離，保證取標(biāo)時(shí)只取一張標(biāo)簽。

與高速飛行的飛機(jī)不同，微小型無人機(jī)體積小，重量輕，飛行速度低，更容易受到環(huán)境湍流的影響，需要高靈敏度的小型氣流傳感器提供全面的空氣動(dòng)力學(xué)信息。如何讓微小型無人機(jī)像鳥類一樣感知和操縱氣流一直是航空和傳感器領(lǐng)域的難題。 面向微小型無人機(jī)的飛行參數(shù)測(cè)量，北航研發(fā)團(tuán)隊(duì)研制出一種基于氧化釩的高靈敏度柔性流速傳感器，實(shí)現(xiàn)了0.11 mm/s和0.1°的超高流速和角度分辨力，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了攻角、側(cè)滑角和空速的多參數(shù)感知能力，并完成了微小型無人機(jī)飛行速度以及機(jī)翼微振動(dòng)的測(cè)量，為微小型無人機(jī)提供了低成本、高精度的大氣參數(shù)傳感方案。 該傳感器基于量熱式原理，由中心微加熱器產(chǎn)生恒定溫差，四周的熱敏電阻陣列測(cè)量溫度分布，根據(jù)熱敏電阻陣列測(cè)得的溫度差準(zhǔn)確反映流速大小及方向。采用懸空型隔熱結(jié)構(gòu)以及高電阻溫度系數(shù)材料氧化釩作為熱敏電阻以增大傳感器的測(cè)量靈敏度。在聚酰亞胺基底上通過MEMS工藝加工了總厚度90μm的超薄柔性流速傳感器，實(shí)現(xiàn)了微小型無人機(jī)的曲面貼附功能。經(jīng)風(fēng)洞測(cè)試，流速傳感器的理論分辨力達(dá)0.11 mm/s,流速測(cè)量重復(fù)精度約為測(cè)量值的0.5%，響應(yīng)時(shí)間約為20ms。在10 m/s時(shí)，流速傳感器的最大角度靈敏度為36.7 mV/deg，噪音水平為1.78 mV，根據(jù)2σ準(zhǔn)則計(jì)算出其理論角度分辨力為0.1°。 研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)完成流速傳感器工程化樣品的制備，并將兩個(gè)流速傳感器裝載到一個(gè)微小型無人機(jī)平臺(tái)上進(jìn)行飛行參數(shù)感知應(yīng)用。結(jié)果表明平均飛行速度的估計(jì)誤差低于0.2 m/s。由于流速傳感器的高靈敏度特性，它甚至捕捉到了機(jī)翼的微振動(dòng)信息，并與外置IMU模塊顯示了相同的機(jī)翼振動(dòng)頻率。這項(xiàng)研究展示了一種柔性高靈敏度流速傳感器，拓寬了流場(chǎng)感知在微小型無人機(jī)姿態(tài)檢測(cè)、空速估計(jì)以及飛行安全監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用，為無人機(jī)的飛行參數(shù)測(cè)量提供了創(chuàng)新的設(shè)計(jì)思路與發(fā)展前景。

成果與項(xiàng)目的背景及主要用途： 該技術(shù)采用數(shù)控氣動(dòng)閉環(huán)控制回路、機(jī)械手可以上下插拔，在 XYZ 三個(gè)方向有力觸覺，可以感受作用力，如果力大，機(jī)械手可以自動(dòng)緩沖或收回。機(jī)械手具有抓夾功能。該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用到核工業(yè)元件加工過程中。相同的技術(shù)和功能可以方便的應(yīng)用和移植到其它應(yīng)用領(lǐng)域。 技術(shù)原理與工藝流程簡(jiǎn)介： 利用數(shù)控氣動(dòng)閉環(huán)控制回路。三維柔性力緩沖XY 方向±1 ㎜，Z 方向 10 ㎜，Z 向下插行程 0～500 ㎜可調(diào)，可以安裝各種用途機(jī)械爪，具有形成阻尼緩沖和氣動(dòng)消音。技術(shù)水平及專利與獲獎(jiǎng)情況：處于國(guó)內(nèi)同類型先進(jìn)技術(shù)水平。 應(yīng)用前景分析及效益預(yù)測(cè)： 該類型機(jī)械手技術(shù)可以應(yīng)用于很多領(lǐng)域，如：機(jī)械制造業(yè)、汽車工業(yè)、化工業(yè)、核能工業(yè)、生物工業(yè)、安全領(lǐng)域等需要提高作業(yè)效率、精度、危險(xiǎn)環(huán)境等行業(yè)。 目前該技術(shù)成熟，整機(jī)價(jià)格在 10～16 萬人民幣之間，可以進(jìn)行小批量工業(yè)化生產(chǎn)。 應(yīng)用領(lǐng)域：械制造業(yè)、汽車工業(yè)、化工業(yè)、核能工業(yè)、生物工業(yè)、安全領(lǐng)域等需要提高作業(yè)效率、精度、危險(xiǎn)環(huán)境等行業(yè)。 技術(shù)轉(zhuǎn)化條件（包括：原料、設(shè)備、廠房面積的要求及投資規(guī)模）： 所需原材料：均為市場(chǎng)上可采購(gòu)原材料，無特殊要求，例如：氣動(dòng)元件、機(jī)械件等； 設(shè)備及環(huán)境要求： AC220V 電源、普通氣源； 所需廠房面積：普通廠房 100 平方米； 人員要求：若干機(jī)、電相關(guān)專業(yè)人員； 初期投資規(guī)模：除以上條件外需流動(dòng)資金 60～80 萬。 合作方式及條件： 技術(shù)轉(zhuǎn)讓，轉(zhuǎn)讓費(fèi)：人民幣 50 萬元； 合作生產(chǎn)，具體可面談。 

本發(fā)明屬于柔性膜卷繞輸送相關(guān)設(shè)備領(lǐng)域，并公開了一種柔性膜張力檢測(cè)輥，它包括水平聯(lián)接成一體的總張力檢測(cè)組件和張力分布檢測(cè)組件；所述總張力檢測(cè)組件呈底座的形式，并且它的底座芯軸沿著周向方向設(shè)置有多個(gè)應(yīng)變式傳感器，用于對(duì)柔性膜輸送過程中總張力的實(shí)時(shí)檢測(cè)；所述張力分布檢測(cè)組件呈輥筒的形式，由模塊化的多個(gè)輥單元首尾連接而成，其中各個(gè)輥單元之間通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)磁性相連和依次供電，并且它的輥筒的軸向和周向分布有柔性傳感器，由此執(zhí)行各個(gè)輥單元獨(dú)立對(duì)應(yīng)區(qū)域的張力分布檢測(cè)。通過本發(fā)明，能夠以結(jié)構(gòu)緊湊、便于操控的方式同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)柔性膜卷繞輸送過程中總張力和張力分布的同步高精度測(cè)量，并具備適應(yīng)性和可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

利于層狀納米材料比表面積大的特點(diǎn)，在碳基柔性襯底上制備了高性能柔性 超級(jí)電容器，及葡萄糖傳感器。超級(jí)電容器的能量密度最大為50.2Whkg-1，功率密度為8002 W kg-1 at 17.6 Wh kg-1，充電1分鐘能點(diǎn)亮兩只綠色LED燈3 到5分鐘。性能處于國(guó)際先進(jìn)水平，成果先后發(fā)表于JALC0M ，714(2017) 63-70； 763 (2018) 926-934 等。 非酶葡萄糖傳感器：檢測(cè)范圍為0. 002mM~4. 096mM，檢測(cè)極限為0. 53uM(信 噪比為3)，響應(yīng)時(shí)間為3s，另外還具有較優(yōu)異的選擇性與再現(xiàn)性，因此該復(fù)合 材料是高性能非酶葡萄糖傳感器的潛在候選者。