微操作机器人机构的运动特性分析

结合几何尺度缩放法则,并根据显微操作的任务、环境及操作对象的尺度,剖析了微操作机器人机构的选型特点,研究了微操作机器人的动作方式,探讨了微操作机器人机构自由度数目及自由度形式选择的理论依据,结果表明少自由度并联机构适于显微操作.     

面向生命科学领域的微操作技术的研究综述

在生命科学领域的研究中，操作对象的微小性迫切要求进行与之相适应的微操作技术的研究。总结了生命科学领域中微操作机器人的应用现状及系统特点，对微操作机器人系统研制中涉及的一些关健技术作了简要的分析，并对微操作技术在生命科学领域中的发展前景进行了展望。     

基于实体模型的虚拟微装配视觉伺服研究

微装配的主要问题是装配的器件小,装配精度高,一般用显微镜作为视觉传感器对装配运动进行控制。在大放大倍数下,显微镜的视场和景深很小,这时操作对象和操作工具就不会同时处在焦平面内,使得图像模糊,操作很难完成。利用显微镜的聚焦理论,提取对象的三维信息,构造对象的实体模型,使微装配在虚拟环境中进行,而实际环境只起监视的作用,当对象和工具不动时,虚拟操作环境不变化,而当操作对象和工具位置变化时,重构三维环境,使得虚拟环境和实际环境具有严格的位置对应关系。试验和仿真结果表明,该方法可以克服物体在显微镜下的失焦问题,而且操作方便。     

CAXA实体设计2005

一、主要功能:CAXA实体设计2005的目标是“最快、最方便地进行三维创新设计”,不仅将造型、装配、钣金、动画和高级渲染等集成在一个易于掌握的统一操作环境下,而且采用拖放式的实体造型并结合智能捕捉与三维球定位技术。其内部集成了CAXA协同管理的组件,使设计结果的管理和共享变得更加方便。1、独特的三维球工具独特的三维球工具为各种对象的平移、旋转或各种复杂三维变换提供了精确定位方法。结合几何智能捕捉工具可实现对复杂零件的装配与修改。2、智能捕捉与驱动手柄智能捕捉是一个动态的三维约束算法工具,它为图形方式下的特征和…     

微操作中操作者瞳孔的定位方法研究

针对微操作中操作者的眼球偏转小和眼睛图像灰度变化小的特点,提出一种瞳孔定位的快速算法,首先对眼睛图像提取特定的矩形区域,然后采用半精定位的方法缩小瞳孔所在区域,提高瞳孔区域的图像占比,最后利用Hough变换精确定位瞳孔。实验表明,该算法能快速、准确地定位瞳孔中心,适用于微操作中使用头戴式设备的瞳孔图像提取。     

一种具有力觉反馈的遥微操作系统分析

提出了一种主从式力反馈的遥微操作系统,目的在于实现微操作过程中的接触力反馈;对遥微操作系统进行了设计,搭建了包括操作主手,测控系统和微操作从手的试验平台。利用微夹持器和探针作为微操作从手的末端执行机构分别对金属轴和花粉颗粒进行微操作试验,实现了遥微操作中的力觉反馈。通过试验数据的测试和分析,获得操作试验中从手相对于手控器的时滞,为进一步完善力反馈遥微操作系统提供了依据。     

一种压电驱动微操作器及其释放位置精度分析

报道了一种利用压电陶瓷双晶片驱动的适用于尺寸在20~200 μm之间微器件装配操作的微操作器。夹持臂尖端直径约15 μm,在80 V的电压驱动下闭合约200 μm的距离。通过理想操作模型分析了微器件释放的位置误差来源和提高微器件释放位置精度的方法,并进行了高分子小球的排列和释放实验。在相对湿度50%的环境下对直径约170 μm的高分子小球的操纵中,实现了2 μm的释放位置精度。实验表明本微操作器能高精度地完成微器件的拾取、移动和释放操作。     

纳米操作加工过程定位检测问题研究

微纳米操作、加工、检测和控制在各个领域获得广泛的研究和应用,在微纳米层次上进行原位、定位的操作、检测、加工是经常遇到的问题。扫描探针显微镜技术(Scanningprobemicroscope,SPM)提供强有力的工具,人们利用其不同类型的针尖与相应样品表面产生的化学或物理作用达到目的。但扫描探针显微镜针尖同时用于检测、加工和成像,会因为针尖磨损、状态的改变,影响检测信息的准确性、可靠性,直接影响结果的判定。本文提出一种在微操作加工过程的定位检测技术,即操作过程工具和探针承担不同任务,工具负责加工操作,探针用于检测并定位于操作加工位置,进行了实验并分析讨论定位过程相关问题。     

一种基于图像拼接技术的微操作系统

针对微操作系统中显微镜视野与分辨率之间的矛盾,将图像拼接技术应用于微操作系统中,对适用于微操作系统的图像拼接关键技术进行分析,开发了一种基于图像拼接技术的微操作系统。系统通过扫描工作平台对各部分图像采集和拼接,虚拟了一个远大于显微镜视野的全局背景。实验表明,全局背景能提供显微镜视野外操作对象的分布,有利于改善微操作环境、提高工作效率。     

面向生物医学应用的微操作机器人技术发展态势

近年来,生物医学得到了迅猛发展,研究领域多涉及到微纳米操作.手动操作存在工作效率低,成功率低等缺陷.因此,由生物医学与微操作机器人结合而产生的生物微操作机器人已成为全世界范围内的研究热点.基于此,通过对当前国内外生物微操作机器人的研究现状、实际应用等方面进行分析,总结出生物微操作机器人在视觉伺服控制、驱动器、执行机构、微操作控制策略、几何标定、传感器融合等方面存在的不足,并提出改进意见,以期对该领域未来的创新设计以及发展研究提供一定的参考及指导作用.     

基于RBF神经网络的虚拟轴机床末端刀具运动位姿实时检测研究

实现虚拟轴机床末端刀具位姿的实时检测目前仍然是虚拟轴机床在数控加工领域实现高精度控制和产业化的障碍之一。针对六自由度虚拟轴机床的末端刀具位姿检测进行研究。首先对虚拟轴机床进行运动学分析,然后以虚拟轴机床末端刀具的位姿逆解作为神经网络的训练样本,构建结构自适应确定的RBF神经网络,实现虚拟轴机床从关节变量空间到工作变量空间的映射,最后利用已训练好的RBF神经网络实现虚拟轴机床末端刀具位姿的实时检测。实验结果表明:利用该方法实现虚拟轴机床末端刀具运动位姿的检测不仅具有可行性,而且具有较高的检测精度,为虚拟轴机床末端刀具的直接闭环高精度控制奠定了基础。     

虚拟轴机床定位方法

提出一种基于改进的多传感器一致性数据融合的虚拟轴机床定位方法,在虚拟轴机床动平台的位姿测量中使用了视觉技术与电子罗盘,解决了虚拟轴机床动平台上的主轴定位问题。此方法将虚拟轴机床各根杆上的编码器信息、视觉信息与动态惯性的测量数据进行数据融合,经过动态计算获得置信距离的关系矩阵,虚拟轴机床动平台的位置与姿态的精确定位得到了保证。经过一个单轴单方向的运动测量简化试验,将虚拟轴机床动平台6自由度位姿的测量作为研究对象,对其进行仿真试验。试验结果也表明了该定位方法有效可行。     

机器人辅助手术导航系统的空间映射方法

手术辅助定位机器人应易于操作，以提高手术的效率和有利于手术方式的推广。在机器人基座、小臂及末端安装3个磁定位接收器来采集机器人运动状态，辅助完成导航系统的目标规划和空间映射。基座上的接收器提供整个导航系统的统一坐标基准；小臂上的接收器实时给出机器人腕点位置；末端的接收器实时给出机器人末端的位置和姿态。基于这种布置方式，给出了腕点位置的规划方法和整个导航过程的映射算法。基于磁定位器的映射方法可以应用到多种手术导航或虚拟现实的运动跟踪中。     

采用间接测量法对VAMT1Y型虚拟轴机床运动学标定的仿真研究

在对虚拟轴机床进行运动学标定的仿真计算过程中 ,采用间接测量法对虚拟轴机床的运动进行间接测量 ,然后通过矩阵重构的方法来解决测量噪声的干扰问题。仿真结果表明 ,虽然在虚轴机床的工作空间里无法将其可能存在的结构误差全部求出来 ,但计算结果完全可以满足机床在工作空间里的运动精度要求。因此采用此方法对虚拟轴机床进行标定是可行的     

三维微细电解铣削加工的实时控制与检测

为了实现三维微细电解铣削加工过程的实时监测,建立了基于Labwindows/CVI软件平台的控制与检测系统。对该系统所采用的三维轨迹生成及控制策略,数据采集及抗干扰算法,加工时间误差补偿算法等进行了研究。首先,根据微细电解铣削加工的特点,分析了加工控制与检测系统的需求。接着,搭建了高精度的三维微细铣削加工实验硬件平台。然后,利用虚拟仪器平台建立了基于分层铣削加工方式的三维轨迹进给控制模块,并对刀具轨迹的优化进行了讨论。最后,介绍了数据采集及反馈控制模块以及实时控制的时间补偿函数。基于上述控制与检测系统,实验并成功加工出了单层尺寸为15μm×55μm×15μm的三层阶梯结构,结果表明,本系统可以满足微细电解铣削加工的高精度、快响应、稳定可靠等要求。     

磁流变斜轴抛光及其路径控制

为解决磁流变抛光较小曲率半径(φ8 mm以下)非球面光学零件困难和抛光效率不高等问题,以四轴超精密机床为平台,开发出一种基于磁场辅助的磁流变斜轴抛光工艺,采用微小磁性工具头斜轴抛光方式,通过X轴、Y轴、Z轴、B轴四轴联动,控制抛光路径,防止干涉,实现微小非球面的超精密抛光.并对微小磁性斜轴抛光工具头的抛光路径轨迹进行了分析计算,采用驻留时间修正方法对误差进行修正,在此基础上开发出适用于微小非球面斜轴抛光的数控加工与修正软件.     

装配工位仿真中虚拟工具的研究与应用

为了实现虚拟工具的装配操作，首先根据操作方式以及自动化程度把工具分成自动工具、半自动工具和手动工具三类，在虚拟环境下建立装配工具库，提出了包含显示模型、碰撞模型、逻辑模型的虚拟工具表达方式；其次根据工具的类型，实现了虚拟环境下使用各类工具对零件的装配过程，包括虚拟工具与操作对象的定位以及操作对象与待装配体的装配过程；最后以汽车发动机装配线的工位规划为例，验证了所述方法的正确性和有效性。     

一种新的机床位置误差灵敏度分析方法

本文提出一种新的机床位置误差灵敏度分析方法。 首先基于多体理论和齐次变换矩阵建立了五轴龙门机床位置误差 模型。 其次通过截断傅里叶技术来表征与位置有关的几何误差参数,每个误差参数对位置误差的灵敏度值可表示为其傅里叶 幅值平方。 然后归一化处理,关键的几何误差参数为第 2,3,8,15 和 26 项误差。 通过与传统的 Sobol 法对比,仿真结果表明两 种灵敏度分析方法辨识的关键几何误差相同且灵敏度值相近。 此外,本文提出的灵敏度分析计算效率优于传统 Sobol 法。 最 后为了验证关键几何误差的有效性,提出了一个关于机床关键几何误差的补偿实验。 实验结果表明,补偿关键几何误差后机床 的加工精度提升了 48% 。 因此,本文提出的机床位置误差灵敏度分析方法是可行的和有效的。     

AC轴工作台旋转型五轴机床后置处理中的XYZ冗余运动优化问题

深入研究了AC轴工作台旋转型五轴机床后置处理中的X、Y、Z轴冗余运动优化问题。对于五轴机床,工件在工作台中不同的摆放位置会造成后置处理中X、Y、Z轴的路径长短不同,导致了在相同的进给率下加工时间差别很大。通过对后置处理计算过程的分析,总结出:当刀位靠近AC回转轴的交点时,后置处理得到的X、Y、Z轴的运动路径越短。并据此结论给出了一种简单有效的优化工件位置的计算方法。计算实例表明此方法可以显著减少X、Y、Z轴的冗余运动,提高加工效率。     

Deadzone compensation control based on detection of micro flow rate in pilot stage of proportional directional valve

The pilot operated proportional directional valves (POPDVs) with a flow rate ranging from 100 to 1000 L/min are widely used in electro-hydraulic systems (EHSs). The deadzone of the pilot stage valve and its control compensation could significantly affect the position control performance for the main stage valve that could directly affect dynamics of EHSs In this paper, it is concluded that micro flow rates exist at the intermediate position of the valve based on the analysis of the continuity equation of the flow in the control chamber of the pilot stage. The micro flow rate is helpful to eliminate the discontinuity and unsmooth domain in the previous inverse deadzone compensation function. An improved deadzone detection method is proposed to calibrate the pilot valve flow characteristics which include the micro flow rate. This new method avoids the threshold selection of the main valve spool displacement which affects the detected deadzone values. Its detection processes are realized based on the pilot flow rate characterized by the speed of the main valve spool and the pilot valve displacement characterized by the solenoid current. The deadzone compensation control strategy based on the improved deadzone detection method is also designed. The experimental results using the steady-state position tracking and sinusoidal position tracking methods are verified. It is concluded that the tracking accuracy of the main valve spool position is effectively improved with this control strategy.