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。     

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。     

MEMS微装配机器人系统的研究

首先总结了国内外微装配机器人系统及其关键技术的研究现状,并列举了部分应用实例。然后在分析微装配特点的基础上,提出了在显微视觉、多传感器信息融合控制以及微夹持器设计的解决方案。最后展望了微装配机器人及其关键技术的发展趋势。     

一种基于神经网络的X光图像畸变校正方法

通过对X光图像所产生畸变的分析,提出了一种基于泛化能力的神经网络系统整体校正方法。该方法只需确定网络输入输出和约束条件,无需考虑中间过多的不确定因素,即可建立空间点与图像点的映射关系,然后采用双线性变换进行灰度插值。实验表明,该方法校正效果好,能够满足对图像进行分析处理的要求。     

机器人动力学分析的等效有限元建模方法

介绍了一种机器人动力学建模的等效有限元法。引入等效单元的概念,通过广义惯量矩阵相等的等效单元准则提出了单元伪质量阵的概念,基于有限元思想规则组装得到等效系统的伪质量阵。基于动力学普遍方程和等效力系的概念推导出了系统的动力学微分方程,该方程表述简单、规范,适于计算机编程,使人工分析量大大减少,提高了建模效率。利用该方法推导了2-DOF平面并联机器人的动力学方程,验证了方法的正确性和有效性,为其他复杂机器人机构的动力学分析提供了一种新的可供利用的手段。     

神经网络在液压挖掘机工装轨迹控制中的应用

针对液压挖掘机工装轨迹自动控制这一热点课题,通过机、电、液控制系统的数学建模,将BP神经网络控制应用在该系统,并针对所建立的数学模型进行了计算机仿真。通过仿真结果,分析了系统的动态响应和稳态误差,并得出BP网络控制优于常规控制的结论,最后,将该方法应用于挖掘机的实际控制,得到了良好的控制效果,实现了挖掘机工装轨迹的智能控制。     

基于几何非线性方法的大行程柔性并联机器人位置解

提出了一种厘米级行程、微米级精度的柔性6-PSS并联机器人,该机器人的被动关节采用了大行程柔性铰链。首先,提出了大行程柔性铰链的概念并建立了其刚度矩阵;通过组集支链刚度矩阵以及建立适当的协调方程,得到基于刚度矩阵的柔性并联结构的位置解模型;由于模型中几何非线性问题的存在,在求解位置反解时,采用了修改的拉格朗日列式法;最后,给出了基于增量法解答的位置解算例。     

基于PZT的宏/微驱动机器人研究

综述了基于PZT的宏／微机器人的概念、现状、应用及所展开的相关研究成果,阐述了宏／微机器人克服了传统定位系统的局限性,可以同时满足大行程．高速高准确度的定位要求;压电陶瓷作为一种新型驱动器具有结构紧凑、体积小,可以做到无机械摩擦、无间隙、较高的位移分辨率等特点,用于宏／微结合,可得到了良好的效果．介绍了基于PZT的宏／微机器人的研究现状和成果,这些宏／微机器人分别用于精密装配、光纤对接、IC封装、生物工程、柔性手臂等领域。     

2-DOF平面并联机器人结构参数优化的研究

提出了一种新颖的高速高精度机器人机构采用高速精密直线电机驱动-2-DOF平面并联杆机构.在杆机构的设计中,以结构紧凑和抑振为目标,分别采用模拟退火算法和有限元动力仿真进行了几何尺寸和截面尺寸的优化,并提出了一种基于本模型特点的新解产生机制.实验测试结果表明经优化设计后的平面并联杆机构刚度大,高速运动下的残余振动＜1 μm,直线电机的稳定时间成为决定机器人稳定时间的关键因素.