集成式五维微力/力矩传感器的研究

五维微力 /力矩传感器应用于微装配机器人操作末端的微力觉感知 ,能够同时测量三个方向的微力Fx、Fy、Fz 和两个方向的微力矩Mx 和My;测力量程± 1N ,测力矩量程± 0 .0 5N·m ;放大电路集成在传感器的本体中。应用力学理论对本体进行理论分析 ,推导出计算公式 ,求出本体的应变 ;并采用有限元分析软件进行仿真 ,分析应变 ,确定了一种适用的静态非线性标定方法     

基于显微视觉与微力觉柔顺混合控制的微操作机器人

简单介绍了一种基于显微视觉和微力觉柔顺混合控制的微操作机器人的系统构成，并重点介绍了显微视觉系统和微力控制系统的组成及工作原理。阐述了显微视觉伺服系统和力觉柔顺控制在微操作机器人中的作用。同时，基于视觉与力觉混合控制技术，以微小轴孔零件装配任务为研究目标，进行了微装配试验，并取得较好效果。     

面向新能源浮标的平面摆式波浪能收集装置研究

波浪能是世界上分布最广泛的可再生能源之一.海洋环境中波浪运动随机复杂且频率极低,这为海洋波浪能的高效收集利用提出挑战.设计了一种混沌平面摆式波浪能收集装置,其中混沌平面摆作为超低频随机波浪俘能机构,配合齿轮增速传递机构与电磁旋转机构实现波浪能收集装置的高功率输出.为更好响应浮标在海洋中的运动激励,对俘能机构进行动力学分析建模与优化.针对装置输出电压无规律且低频交流的特性,设计功率采样跟踪升压存储的电源管理电路.通过实验室测试与实际近海测试,装置能够对复杂波浪产生最大10 V的开路电压,最大输出功率约205 mW.海试中,4小时可将200 mAh锂电池电压由3.12 V充电至3.6 V,能够作为新能源海洋浮标低功耗传感器的可持续电源.     

球基微操作器黏滑摩擦过程建模与分析

球基微操作器通过压电陶瓷管端部与微操作球之间惯性摩擦形成的相对位移实现微操作球三自由度的运动,这种摩擦运动中存在黏滑现象。在简化球面高副连接的条件下,建立了球基微操作器双质量摩擦振子等效工程模型,对球基微操作器黏滑驱动过程进行了阶段细分,基于等效工程模型及动态LuGre摩擦模型建立了黏滑摩擦过程的动力学方程。运用数值仿真方法分析了球基微操作器的参数特性曲线,进行了运动测试实验,进一步验证了分析的正确性。     

基于LVDT的光学器件相对位姿检测方法

针对光学精密装配工艺特点,提出一种基于LVDT的三维相对位姿检测方法.采用4个对称分布的LVDT检测光学装配过程中球面镜与谐振腔体的位姿关系,根据LVDT的读数推导得出球面镜与谐振腔体的相对位姿.设计采用集成信号调理芯片AD598的LVDT处理电路作为位姿检测的控制系统,通过实验得出LVDT微位移检测的分辨率为0.1 μm,重复检测精度为±0.3μm,并能较好地跟踪方波及正弦波信号.采用PID算法实现球面镜的快速位姿定位.实验结果表明:当球面镜的加工及安装误差在允许范围内时,位姿检测系统可以在25 s内完成球面镜相对于谐振腔体的位姿调整,最大距离误差为0.5 μn,最大角度误差为8″,充分验证了基于LVDT相对位姿检测方法的可行性.     

基于柔性静电吸附技术的爬壁机器人研究

针对灾后搜救及反恐侦查的特殊应用场合,提出了一种新型的爬壁机器人吸附方式一柔性静电吸附.该吸附方式利用电场力作为吸附力,通过柔性电极适应壁面粗糙度.针对柔性静电吸附方式的特殊性,首先分析了静电吸附电极的工作原理,并对其电场分布及吸附电容影响因素进行研究,对吸附电极优化设计方法给出指导.接着,利用BOPP柔性镀铝薄膜制作了吸附电极,并对其性能进行了测试.最后,设计了基于该吸附方式的原理样机机器人,验证了该吸附方式的可行性及广阔的应用前景.     

用于机器人辅助穿刺手术进针策略研究的猪肝进针力建模

为研究机器人辅助肝脏穿刺手术中的进针策略以确保手术安全,基于实验数据建立了猪肝的进针力模型.方法如下:在2个新鲜离体猪肝3个不同区域内共采集了18条进针力曲线数据,根据针尖位置及进针力特征将力曲线划分为“被膜刺破前”、“进入肝脏前”和“进入肝脏后”3个阶段,然后采用已有的力模型分别进行每一阶段的进针力建模,通过对比各阶段的建模效果,确定最优的各阶段进针力模型,最后组合成完整的进针力模型.最终的进针力模型比较表明,相同个体不同区域的力模型差异较小,可以用一个力模型来表示该个体进针力特征,不同个体的进针力特征能否用一个力模型表示还需进一步验证.猪肝进针力模型的建立,可为实现机器人辅助人体肝脏穿刺手术中的进针控制和手术安全提供重要依据.     

基于粘滑驱动跨尺度精密定位技术的研究现状

目前跨尺度纳米定位技术在纳米操作、大规模集成电路制造和生物技术等众多领域都有着广泛的应用前景.该文对目前应用较多的宏微混合式驱动、压电超声马达驱动、尺蠖式驱动和粘滑式驱动这4种跨尺度定位技术驱动原理进行了介绍,并对其分辨率、速度、推力、尺寸、驱动器数量和结构6个方面进行了比较和分析,得出粘滑驱动以其驱动范围大,分辨率高,结构简单,体积小和集成度高等突出优点,适用于微纳操作领域.对目前国内外粘滑驱动在驱动原理、关键技术和样机实验方面的研究进行了分析,总结出目前粘滑驱动研究中的研究基础和不足,并提出了有待解决的问题和关键技术.     

基于双目视觉的医疗机器人摆位系统测量方法

为了实现精确放疗过程中精确定位和肿瘤位置的精确测量,建立了基于双目视觉的医疗机器人摆位测量系统,并对系统所采用的摄像机标定方法、标记点识别及其三维坐标计算、摆位系统的位置验证等算法进行研究。建立基于双目视觉的医疗机器人摆位测量系统;提出了一种对摄像机采用基于平面棋盘格和立体标定模板相结合的摄像机标定新方法;采用Roberts梯度算子对图像分割的方法,识别标记点中心并计算其三维坐标;通过比较基于双目视觉计算和三维坐标测量仪器测量的各个标记点三维坐标的摆位误差,实现放疗过程中位置验证和精确摆位。实验结果表明:摄像机的标定精度为36.5×10-3 mm和各个标记点的三维坐标平均偏差为δX=0.573mm、δY=0.495mm、δZ=0.430mm,测量方法可获得较高的标定精度和摆位精度,能满足精确放疗对高精度摆位系统的临床需求。     

集成式压电驱动微操作手的位置控制研究

微操作手是微操作机器人的核心部件 ,文章介绍了作者研制的压电陶瓷管驱动三自由度集成式微操作手 ,在此基础上 ,研究了微操作手的位置闭环控制 ,提出了模糊 -比例积分控制方法 ,并通过实验获得了较好的控制效果。通过对微操作手进行动静态测试得到微操作手的性能指标 :操作手末端 X、Y轴的最大输出位移为± 8.5μm,重复定位精度为 2 8nm ,位移分辨率为 10 nm ,动态阶跃响应时间为 5 m s;Z轴最大输出位移为 6 .2μm ,重复定位精度为 17nm,位移分辨率为 4 nm ,动态阶跃响应时间为 5 m s。该微操作手能够实现纳米级微动定位 ,满足微操作要求