一种并联宏/微驱动操作手的工作空间

以一种应用于扫描电镜的4-HSPS/PRPUR并联宏/微驱动操作手为研究对象,对该并联机构的工作空间进行了分析.4-HSPS/PRPUR并联宏/微驱动操作手的动平台与基座之间通过4个HSPS分支和1个PRPUR分支相连,机构动平台具有3个方向的移动自由度和绕X轴和Y轴的2个转动自由度.该并联机构同时包含了宏动输入部分和微动输入部分,本文分别对该机构在宏动输入和微动输入下的定姿态工作空间和灵活姿态角工作空间进行了分析.分析表明该机构具有较大的运动能力,同时还发现中间分支的连杆尺寸对运动空间形状有较大影响.综合该机构的定姿态工作空间和灵活姿态角工作空间可知,该并联宏/微驱动机器人能够应用于平台安装空间较小,工作空间需要较大并且定位精度高的场合.得到的结果对4-HSPS/PRPUR机构的应用有重要的理论指导意义.     

宏微双级驱动精密定位平台的建模与控制

为实现定位系统在大行程中高精度定位,设计了一种宏微双级驱动精密定位平台。采用金属波纹管直接驱动宏动平台,实现了系统大行程进给。安装在宏动平台上的音圈电机驱动微动平台,补偿宏动平台产生的误差并实现系统的高精度定位。采用双光栅检测方案,增量式光栅反馈宏动平台的位置信号,绝对式高精度光栅反馈微动平台的位置信号,实现二级精密驱动定位系统的全闭环控制设计。分别对宏动平台和微动平台建立数学模型,提出宏动平台带前馈的PID闭环控制和微动平台的神经网络PID复合控制方案。实验结果表明:该定位系统能满足大行程高精度的定位要求,在50mm的行程中重复定位精度能达到0.6μm。     

新型圆柱面3自由度并联机构的动力学逆解

针对一种新型圆柱面 3自由度并联机构应用牛顿 欧拉法进行了动力学逆解分析。该机构具有 2个移动自由度和一个转动自由度 ,首先推导出该机构的运动学逆解 ,建立了支链和动平台的力和力矩平衡方程 ,根据不同类型支链的运动学约束条件消除了部分铰链约束力和力矩 ,从而推导出驱动力矩模型 ,最后给出了该机构动力学逆解的数值仿真实例。该模型可用于改进该机构的结构组件设计和控制算法。     

宏/微结合双驱动进给控制系统的建模与仿真研究

采用宏/微结合双驱动进给系统能使系统在大行程范围内具有较高的定位精度。本文设计的宏/微结合双驱动进给系统,由交流伺服电机驱动滚珠丝杠作为宏动机构,压电陶瓷驱动柔性铰链工作台作为微动机构。分别对宏动机构和微动机构进行了数学建模。采用双伺服环控制策略,由宏动机构跟踪输入信号,由精密光栅尺检测宏动机构的实际位移进行反馈构成内伺服环;微动机构将宏动机构的跟踪误差作为输入信号,实时进行补偿,构成外伺服环,实现了宏/微结合双驱动进给系统的连续跟踪控制。最后进行了仿真研究,仿真结果表明跟踪幅值为1mm频率为0.4Hz的正弦曲线,采用宏/微结合双驱动进给系统比只采用宏动机构跟踪误差由±1.6μm减小到了±6nm。     

一种新型空间3自由度并联机构的正反解及工作空间分析

提出一种新型空间3自由度并联机器人机构,该机器人机构的动平台相对于定平台具有空间2个移动、1个转动自由度,建立了其运动学正反解的封闭形式,并对其工作空间进行了系统的分析和研究。该新型并联机器人机构在工业机器人、微动机器人、少自由度飞行模拟器和并联机床等领域具有广泛的应用。     

超精密机床宏/微双驱动微位移机构的设计与控制

提出了一种宏/微双驱动微进给机构的设计与控制方法。介绍了宏/微双驱动微位移机构的结构设计,将宏动(大行程)和微动(高分辨率)两者串联以获得理想的运动性能。该机构用步进电机作为宏动的驱动装置以获得大行程和高响应速度,用压电陶瓷微位移器作为精密运动以提高运动分辨率和运动精度。设计了该机构的控制系统,用一个基于模型的开关控制器对微位移装置进行控制,并设计专门的运动分配模块对宏/微运动进行协调控制。最后,分别控制宏动和微动装置对该系统进行了实验,并用激光干涉仪检测。检测结果表明,宏动装置的行程为90 mm,运动分辨率为0.3 μm;压电陶瓷微动装置的行程为40 μm,定位精度为0.9 μm。理论分析和实验结果均表明了控制策略的有效性。     

一种宏微双重驱动精密定位机构的建模与控制

提出一种宏微双重驱动精密定位机构,采用高性能直线电机直接驱动宏动平台,实现系统大行程微米级精度定位;安装在宏动平台上的压电陶瓷驱动微动平台,实现纳米级的分辨率和定位精度,以高频响动态补偿系统的定位误差;采用精密光栅尺反馈微动平台输出端的位置信号,实现定位机构的全闭环反馈控制。在分别建立宏动、微动、宏微机构模型的基础上,提出复合型宏动控制和模糊自校正PID微动控制的宏微控制策略。实验研究表明:系统的动态和稳态性能良好,该定位机构的最大工作行程100 mm,稳定时间小于40 ms,重复定位精度10 nm。     

集成式6自由度微动并联机器人系统

基于机构、驱动、检测一体化的思想,研制出了压电陶瓷驱动的6自由度集成式并联微动机器人,对该机器人的机构、驱动、检测、控制及误差补偿方法进行了研究.采用6自由度(6-SPS)并联结构设计了微动并联机器人的构型,对结构参数进行了优化,并进行了运动空间分析和刚度分析.基于模块化设计思想将压电陶瓷驱动电源、微位移传感器检测电路、中央控制器组合在一起,通过自定义的内部总线相连构成了并联机器人的驱动和控制系统.最后,给出了该机器人位姿测量方法,并分别在压电陶瓷的开环与闭环控制状态下进行位姿测量,进而实现误差补偿.实验结果表明:该并联微动机器人可实现10 nm平动重复定位精度;0.0001°转动重复定位精度;具有定位精度和可靠性高,使用灵活方便的特点,满足多自由度精密定位的要求.     

机械式光栅拼接稳定性全闭环控制技术研究

激光惯性约束聚变对机械式拼接光栅的稳定性提出更高的要求,采用全闭环控制技术实现光栅拼接的高稳定性。为提高光栅装置的拼接精度,分析柔性机构的运动性能,从理论上推导精确的拼接机构运动控制算法;以电容微位移传感器作为反馈元件,研究动光栅位姿监测算法,实现动光栅位姿的实时监测。综合应用拼接机构运动控制算法和光栅位姿监测算法,实现光栅拼接稳定性的单神经元自校正PID全闭环控制;设计了光学检测系统,进行光栅拼接试验,并测试拼接装置的运动精度和稳定性,评估光栅拼接稳定性全闭环控制技术的可行性。试验结果表明拼接机构定位精度为0.2μrad/步(转动)、10 nm/步(平动),转动稳定精度小于1.2μrad/30 min、平动小于24 nm/30 min(平动),满足光栅拼接任务的要求。     

5自由度并联机器人位姿与工作空间特性分析

针对串联机器人应用于恒力磨削加工行业存在刚度小、累计误差大、高速重载受限等问题,提出了一种由4组相同的UPS驱动支链和1个PPS约束支链构成的5自由度并联机器人(4-UPS/PPS),实现了机器人的两维平面移动和三维空间转动.通过D-H参数法分析了机器人X方向约束自由度,根据机器人运动学逆解方程确定动平台位姿与驱动分支间映射关系;建立了机器人工作空间约束方程及目标函数方程,解析刀具末端空间位姿,绘制空间散点图和三维图;利用Adams仿真软件,对比数值解与仿真解分析曲线可知,机器人驱动分支整体运行平稳且理论分析正确.为并联机器人实际运用于恒力磨削加工领域提供了理论与技术基础.     

三自由度平面并联微动机器人运动学模型及工作空间分析

运动学分析是并联机器人机构分析中的首要问题,是进行机构动力学分析、精度分析的基础,而全柔性微动机器人机构的首要目标就是精确实现所需的运动。介绍了平面并联微动机器人伪刚性模型的建立方法,并采用闭环矢量原理建立理论运动学线性模型,得到理论Jacobian矩阵,其次对该机构进行实验分析,得到工作平台的实验输出位移和方位角(Jacobian矩阵);然后用ANSYS软件对其进行有限元分析,得到有限元运动学模型(Jacobian矩阵值),最后通过MATLAB7.1软件对该机构的三种运动学模型进行工作空间分析,并进行误差分析,得到输出平台适用的运动学方程。     

新型6自由度并联微动机器人微运动学及其运动解耦性分析

利用坐标变换法，建立了新型6自由度并联微动机器人的微运动学模型，并对其运动解耦性进行分析；采用不同的初始驱动位移量和驱动方式，对该机器人的有限元模型进行分析，进一步讨论了其微运动学上的解耦性，最后对研制的微动机器人样机进行了运动解耦性测试和验证。该并联微动机器人的运动解耦，为其动力学分析、控制及其标定的简化提供了理论基础。     

基于Groebner基法的2RPS-1PPS并联机构位置正解分析

基于数学机械化思想，以Groebner基法对2RPS-1PPS并联机构位置正解进行分析，得到其位置正解最多为16解的结论，并给出数值算例。     

面向中小企业的零件数字化系统设计

并联机床是新一代的先进制造装备，如何扩大其使用功能、实现商品化工业应用是目前的一个实际问题。以方便中小企业使用、增加其市场竞争力为目标，基于并联机床进行了零件数字化系统的设计研究。采用五轴混联机构的并联机床作为零件数字化的测量执行装置，基于信息集成思想进行了系统总体及软硬件部分的设计，实现了并联机床的数字化控制；将零件数字化和零件造型过程相集成，基于特征技术进行了数字化过程规划。     

Error analysis of a parallel mechanism considering link stiffness and joint clearances

In order to utilize a parallel mechanism as a machine tool component, it is important to estimate the errors of its end-effector due to the uncertainties in parts. This study proposes an error analysis for a new parallel device, a cubic parallel mechanism. For the parallel device, we consider two kinds of errors. One is a static error due to link stiffness and the other is a dynamic error due to clearances in the parts. In this study, we propose a stiffness model for the cubic parallel mechanism under the assumption that the link stiffness is a linear function of the link length. Also, from the fact that the errors of u-joints and spherical joints are changed with the direction of force acting on the link, they are regarded as a part of link errors, and then the error model is derived using forward kinematics. Lastly, both the error models are integrated into the total error, which is analyzed with a test example that the platform moves along a circular path. This analysis can be used in predicting the accuracy of other parallel devices.     

3-RRR平面并联微动机器人的运动学分析

运动学分析是并联机器人机构分析中的首要问题,是进行机构动力学分析、精度分析的基础,而全柔性微动机器人机构的首要目标就是精确实现所需的运动。因此对其运动学的研究在机构学领域占有重要的地位。本文对平面并联微动机器人进行了建立伪刚性模型,采用闭环矢量原理建立理论运动学线性模型,得到理论Jacobian矩阵,其次对该机构进行实验分析,得到工作平台的实验输出位移和方位角(Jacobian矩阵);然后用ANSYS软件对其进行有限元分析,得到有限元运动学模型(Jacobian矩阵值),最后通过分析比较该机构的理论运动学方程、实验运动学方程和有限元运动学方程,得到输出平台适用的运动学方程。     

平面五连杆高速高精度机械手

针对微电子器件封装作业对高速高精度的自动设备的需求，提出了一种具有平面五连杆结构的机械手，机械手采用集成了高分辨率角位移反馈元件的旋转直接驱动电机作为驱动元件。并给出其运动学、动力学模型及雅克比矩阵。结合并联机构和直接驱动的优点，实现了高速高精度运动。     

实现滚法中医推拿并串混联机器人的研究

从分析中医推拿主流手法滚法与按揉法的自由度着手,提出一种4SPS-1RCRR型的5自由度并联机器人机构。针对滚法手法滚动频率较高的特点,增加了滚法推拿头机构,进一步提出一种改进型并联与串联机构混联的推拿机器人。在滚法手法中三维移动由并联机构完成,一维转动由推拿头完成。分析了该类机构的拓扑结构、并联机构的运动学反解,并对滚法推拿头进行运动学设计与分析。通过对改进前后模型运用ADMAS软拌进行仿真分析比较,表明该新机型既能避免P副的高频往复运动,又能较好地满足中医推拿中滚法推拿的要求。     

平面并联机构的残余振动控制

针对残余振动限制并联机构高速、高精度应用必须抑制残余振动的特点,以一个2自由度平面并联机构为研究对象,研究抑制其残余振动的方法。采用矢量法进行运动学分析,推导出动平台和各支链的速度和加速度,进而利用虚功原理建立动力学模型。为减少电动机动态对整个动力学系统的影响,每个输入轴分别单独设计一个PD(比例—微分)控制器,整个动力学系统包括这些PD控制器。根据试验测得的系统固有频率和阻尼比设计ZV(零振动)整形控制器。为验证ZV整形控制器的效果,对动平台单步移动情况下并联机构的响应进行仿真。仿真表明,输入整形控制可以显著减小并联机构中的残余振动,这种控制方法同样适用于其他类型的并联机构。     

The Wear Mechanism of a Polyphenylene Sulfide (PPS) Composite Mixed with Ethylene Butyl Acrylate (EBA)

Friction and wear of polyphenylene sulfide (PPS) mixed with ethylene butyl acrylate (EBA) were studied using a block-on-ring tribotester. Results showed that the friction coefficient decreases with an increase in the EBA content due to the reduced surface contact area occupied by the PPS. The PPS/EBA composite showed higher threshold temperatures for viscoelastic behavior and the wear rate was significantly decreased after mixing with EBA due to a radical reduction in transfer films. The wear mechanism of the composite changed from an adhesive wear mode to an abrasive wear mode upon the addition of EBA, which supports the wear debris morphology and the wear map suggested by Lancaster (Proc Inst Mech Eng 183:98?C106, 1968).