基于改进Smith预估器的显微视觉伺服

针对视觉延迟的问题,提出采用改进的Smith预估器(MSP)来改善视觉伺服系统的控制品质。在对基于位置的动态"look-and-move" 视觉伺服系统特性分析的基础上,建立了基于MSP视觉伺服系统的结构,同时建立了视觉伺服系统的分时模型。在微操作机器人平台上进行了点到点、抗干扰和微齿轮的跟踪抓取实验。结果表明,与只有PID控制器的视觉伺服系统相比,带MSP的视觉伺服系统具有更好的控制品质。克服了由于图像采集、传输和处理导致的视觉伺服延迟而严重影响控制系统的品质局限,并克服了传统方法通过减小系统增益来增强系统的鲁棒性,但同时降低了系统响应特性的缺点。     

基于MEMS技术的微操作三维力传感器研究

针对微操作过程中对微力觉信号的需求，以压阻检测技术为基础结合MEMS加工工艺，设计了一种用于微操作的三维力传感器，建立传感器的数学模型并用有限元分析软件对敏感弹性元件进行分析。利用悬臂梁受力弯曲变形的原理结合显微视觉技术，实现对传感器的标定，并给出了传感器的信号处理方法。实验证明，该传感器具有耦合小、测量分辨率高、线性度好、标定简单的优点，满足了预计的设计要求。传感器最大量程为10mN，x向与y向的分辨率均为2．4μN，Z向的分辨率为4.2μN。     

新型集成三维微力检测微夹持器

提出了一种以压阻检测技术为基础,压电陶瓷为微驱动元件,具有两级位移放大且集成三维微力传感器的微夹持器。采用有限元软件对微操持器放大机构和传感器弹性体进行分析,并给出了传感器的标定方法。实验证明,该传感器具有无耦合、测量分辨率高、线性度好、标定简单的优点,满足了预计的设计要求,传感器最大量程为10 mN,X向与Y向的分辨率均为2.4 μN,Z向的分辨率为4.2 μN;同时也验证了所设计的微夹持器的合理性和实用性,当压电陶瓷驱动电压取200 V时,微夹持器的张合量达到最大值274 μm。     

力控法兰的模糊PID恒力控制方法

针对工业机器人进行接触式作业过程中对末端接触力的要求,提出了一种基于力控法兰的末端恒力控制方法。对力控法兰进行了分析建模与参数辨识,设计了模糊控制与比例积分微分(proportion integral derivative,简称PID)控制并行的模糊PID控制器,通过Matlab仿真对纯模糊控制与模糊PID控制效果进行了对比,并研究了模糊PID控制器各参数对控制性能的影响。最后,搭建了基于Labview和外部设备互连(peripheral component interconnect,简称PCI)总线数据采集卡的实验平台,对力控法兰末端输出力进行了实验验证。仿真结果表明,纯模糊控制可提高系统响应性能,但存在一定的稳态误差。加入PID控制与模糊控制并行控制后,仿真与实验证明,阶跃响应的稳态误差消除,正弦跟随效果明显改善,恒力控制输出力在期望力F=10N时波动误差为±0.8N。因此,通过模糊PID控制可实现力控法兰末端的恒力控制,具有较好的动态响应性和跟随鲁棒性。     

新型2-DOF高加速定位平台的动态性能研究

微电子封装业的迅速发展对封装设备中的运动定位平台的运行速度以及加速度的要求越来越高,研制新型高加速精密定位机构成为十分迫切的任务。针对这种需求,提出一种新型2-DOF平面并联定位机构,它由直线电机直接驱动含有平行四边形支链的并联杆机构来实现末端平台平面内的平动。采用Largrange方程建立了动力学模型,然后基于奇异值理论得到了机构的速度与加速度极值表达式,分析了平台在关节速度限制下的速度特性,以及在关节力矩限制下平台的加速能力。分析结果表明此定位平台运动最大速度最差可达0.8m/s;最大加速度最差可达12g,最好情况下可达14g。实验验证此定位平台具有高加速度的运动特性,可达上述速度与加速度指标。     

自组织模糊控制及在机器人中的应用

自组织模糊控制能够在线生成控制规则并对模糊控制规则和模糊参数进行调整,从而简化了模糊控制的设计,并改善了系统的性能;而将自组织控制的思想与传统控制方法结合也可以进一步改善系统的性能。因此介绍了关于自组织控制方法的最新研究进展及其在机器人控制中的应用。     

多运动方式移动机器人控制系统设计

为了实现适合于多运动方式移动机器人的分布式运动控制系统,在四足机器人控制系统总体设计方案的基础上,采用自下而上的设计思想设计了控制系统各功能模块,即伺服控制模块、协调控制模块和通信接口模块,并在多运动方式四足机器人试验平台上进行了验证。试验结果表明,整个控制系统结构灵活、功能强大、工作稳定可靠,提高了机器人的运动性能。     

大行程高精度宏/微双重驱动机器人系统的研究

研究了具有宏／微双重驱动定位工作台的控制技术。该工作台采用直线电机进行大行程位移驱动,来保证较大的工作行程和较快的响应速度,采用压电陶瓷微位移器完成精密位移驱动,利用光栅尺实现闭环位移反馈,可以实现lOOmm的工作行程,10nm的重复定位精度。     

一维大行程高分辨率纳米定位平台的设计与性能测试

设计了一种大行程、高分辨率的一维纳米定位平台,并进行了性能测试．该平台采用差动杠杆原理和柔性铰链,运用两个压电陶瓷叠堆致动器驱动．对柔性铰链平台建模,通过材料力学及结构振动微分方程等相关知识,对柔性铰链微动平台的刚度、输入反作用力、放大倍数等参数进行了分析,得到平台结构参数对平台性能的影响,并结合有限元分析软件,确定了微动工作台参数;最后建立了实验系统,对微驱动定位系统的输出行程、分辨率性能进行了测试．实验结果表明,所设计的微驱动定位系统的行程达到240μm,分辨率达到10nm,外形尺寸80mm×60mm×20mm．可用于大行程高分辨率微动定位．     

一次逆、二次正压电效应在自感知执行器上的应用

提出利用一次逆、二次正压电效应为同一压电体内的双向效应原理,进行传感器与执行器集成一体化——自感知执行器的研究.即利用一次逆压电效应输出一个微位移,作为执行器使用;利用二次正压电效应的输出电荷自感知执行器的输出位移,作为传感器使用.在准静态（电压0～50V）和低频（电压100V,频率10Hz）条件下,分别进行了一次逆压电效应输出位移、二次正压电效应输出电压的实验,并将得到的数据进行归一化处理.实验结果表明,通过测量二次正压电效应产生的电荷能够较好地自感知一次逆压电效应产生的位移.