基于两种柔性铰链压电陶瓷柔顺微夹钳性能分析

柔顺微夹钳在微操作领域和微装配过程中与被夹持物直接接触,作为微操作和微装配系统中的末端微执行器,对实现微操作和微装配任务起重要的作用。设计一种基于直圆柔性铰链和簧片型等腰梯形柔性铰链的柔顺微夹钳机构,通过理论计算推导出等腰梯形柔性铰链的转动精度和转动刚度。采用压电陶瓷驱动方式,实现了位移的放大和夹爪位移的平行移动。建立了柔顺微夹钳的机械伪刚体模型,并利用伪刚体模型法建立了运动学模型,计算出位移放大倍数,得到了输入力、输入位移与输出位移的关系。通过有限元方法对系统建立的模型进行了仿真分析验证,结果表明理论计算结果与仿真结果一致。     

超磁致伸缩驱动微夹钳研究

为了克服现有微夹钳夹持力和夹持范围不足的问题,以超磁致伸缩材料（GMM）为驱动源提出了一种新型的微夹钳.利用GMM棒在磁场变化时发生伸缩形变提供驱动力,并采用柔性铰链和杠杆机构对输出位移量进行放大,分析并优化磁回路以减小损耗.对超磁致伸缩驱动微夹钳进行了性能测试,结果表明所提出的微夹钳具有夹持范围大、响应速度快、夹持力易控制的优点.     

一种MEMS自动微装配机器人

介绍用于MEMS自动微装配的机器人系统的构成,讨论组成该系统的若干关键技术,包括宏/微精密定位技术、显微视觉系统、微夹持器的设计、系统的标定以及装配策略．集成各单元技术,以外径＜2 mm的微行星齿轮减速器为示范装配对象,研制能够完成微装配任务的微装配机器人．融合显微视觉和力信息,采用相应的装配策略,在2．5 min内,实现难度最大的3个行星齿轮的自动装配．     

无线传输的视觉引导式AGV系统

为了提高自动引导车(Automatic Guided Vehicle,AGV)系统的灵活性,柔性设计了一种基于无线传输、单片机自动调速的视觉引导式AGV系统.利用车载无线图像采集模块获得路面标志图像,通过上位机程序进行图像处理,计算AGV控制参数,通过无线通讯系统发送至单片机调速系统,实现PWM直流电机调速控制.着重研究了无线传输和自动调速系统的方案设计和硬件实现,通过对AGV小车实验研究,该AGV系统能够稳定获取图像,较为敏捷和精准地实现无线控制和自动调速,具有较佳的柔性和灵活性.     

大行程两自由度微定位夹持系统的设计与优化

为了实现微操作系统中微夹持器的精密定位,增加其可达定位空间,提出大行程两自由度微定位夹持系统. 基于2移1转(2T1R)型柔性运动副,设计两自由度微定位平台,并将其与微夹持器相结合,设计微定位夹持系统的结构;采用简化的线弹性梁模型建立微定位平台力?位移关系、丢失运动和固有频率的理论模型,并采用欧拉?伯努利梁模型与能量守恒定律建立微夹持器力?位移关系、位移放大倍率和固有频率的理论模型;以提高微定位夹持系统的静、动态性能为目标进行参数优化;通过有限元仿真验证理论模型的正确性,并给出微夹持器的可达定位空间. 结果表明,微定位夹持系统设计具备有效性与可行性.     

新型限力输出保护功能柔性夹钳的设计与参数评估

柔性夹钳因具有微/纳精密操作能力, 常应用于微操作系统中, 但因抓爪无法提供恒定输出力或恒力范围小, 容易造成操作对象的损伤或脱落。根据放大模块与常力模块串联的结构形式, 设计了一种具有常力特性的柔性夹钳。基于伪刚体法, 建立放大模块中桥式机构与杠杆机构的刚度和放大率数学模型, 通过对倾斜导向梁进行分析, 得到常力模块的力-位移关系式, 计算出恒定输出力为42.5 N, 输出范围为370 μm。最后, 结合不同柔顺梁的结构参数, 运用MATLAB仿真探究了各关键参数对常力特性的影响。研究结果可为常力柔性夹钳的构型设计和分析提供一定的理论支撑。     

柔性夹紧件的结构设计与有限元分析

为了实现微靶装配体的自动装配并保证装配精度,提出了一种通过弹性变形与半圆柱靶腔实现柔性夹持与自定心的装置.该装置的核心部件是柔性夹紧件,由橡胶材料加工而成,用于对内直径仅为800～1 000μm、壁厚约25～75μm的半圆柱靶腔的夹持.利用有限元软件对上述柔性夹紧件的结构设计是否合理进行分析和验证,通过反复的设计和修改以及软件分析和仿真验证,最终确定了一种较为合理的夹紧件结构设计方案.该设计方案不仅能满足对夹持半圆柱靶腔所提出的大部分要求,而且可以实现对其他类似形状的微小、薄壁的圆柱形物体的夹持.     

3-PUU并联微操作机器人系统

为了开发一套以微小物体为操作对象的操作系统,讨论了微操作机器人的机构选型、微位移器的选用、 显微图像的特点及其处理方法.采用基于数学分析与实验结果相结合得到的控制模型,实现了压电陶瓷的开环 控制,最后对该系统进行了微动写字实验.结果表明:该系统能够通过显微视觉系统使微操作对象和操作过程 可视化,在足够大的工作空间内按照规划轨迹进行运动,并能保证微操作手末端运动分辨率达到0.1μm.     

基于多点模的板材柔性夹钳拉形夹持力

简单介绍了板材柔性夹钳拉形(FGSF)工艺,提出了其夹持力的理论模型和计算方法.建立了有限元模型,采用动态显式算法对不同材料、不同板厚的圆柱面、球形面及马鞍面的基于多点模的FGSF过程进行了数值模拟,分析了夹持力的变化及影响因素.模拟结果表明:材料和板厚对工件拉形时夹持力的影响非常敏感,较硬、较厚的板材拉形时需要较大的...     

显微视觉技术在微细加工中的应用

面向微细加工设计显微视觉系统,同时结合力觉传感器共同控制微细加工的操作过程.针对显微图像中噪声也被放大的特点,在自动聚焦处理中提出了一种新的强噪声聚焦评价函数处理方法,即在中值滤波和双边滤波后,采用分水岭算法对滤波图像进行过分割处理,对分割的各小区域求取其均值,用均值代替此区域内像素灰度值,再利用SML聚焦评价函数进行自动聚焦;同时,为了避免回程间隙而损失定位精度,在搜索方式上,采用精度较高的三次样条插值定位方法,利用相对矩对目标进行识别.实践表明,本系统能快速准确地确定刀具与加工工件之间的三维距离,完成微细操作控制过程.     

锈蚀高强度钢丝的力学性能与评级方法

为了建立高强度钢丝的锈蚀分级标准,以4座服役10 a以上的拱桥吊杆高强度钢丝样本为对象,在进行原状钢丝拉伸和疲劳试验研究的基础上,用刻痕方法模拟钢丝的表面蚀坑,通过有限元分析以及拉伸试验研究蚀坑形貌对钢丝力学性能的影响,建立蚀坑参数与钢丝极限应变的定量关系,提出考虑蚀坑形状的锈蚀钢丝评价标准。结果表明,锈蚀对钢丝弹性模量和极限强度的影响不敏感,但蚀坑引起钢丝的延性下降;锈蚀钢丝的延性下降程度与蚀坑部位的应力集中状况有关,用蚀坑形状参数可以较精确地评价钢丝受锈蚀影响的程度。     

使用立体视觉信息的视线追踪系统设计

为提高视线方向计算精度,研制了一种基于立体视觉的视线追踪系统. 首先设计了一种可产生相邻2帧“亮暗瞳”图像的双摄像机红外光源,使用图像做差和椭圆拟合的方式计算瞳孔中心,结合在“暗瞳”图像中得到普洱钦斑中心,确定局部视线的盯视方向. 然后根据人类视线移动特点,提出使用神经网络结合卡尔曼滤波的方法进行瞳孔跟踪,用支持向量回归对人眼立体参数、局部视线盯视方向和盯视点之间的关系进行训练,得到视线映射模型. 实验结果表明,该系统能基本消除用户大范围头动的干扰.     

正交双目视觉长轴类零件装配端位姿检测方法

为解决非正交双目立体视觉在长轴类零件三维位姿检测中需要多个特征点进行匹配,计算量大以及视野中难以获取整个零件的图像等问题,提出一种基于正交双目立体视觉检测长轴类零件装配端三维位姿方法.采用光轴正交的两个相机同时采集长轴类零件装配端的图像,分别采用亚像素法对所采得的图像进行处理,可以得到被检测长轴类零件装配端在两个相机图像坐标系内的位置和姿态,再依据正交双目立体视觉模型对两组位置信息进行融合得到其三维位姿.实验结果表明:利用两个CMOS相机构成的正交双目立体视觉能够快速、精确检测长轴类零件装配端的三维位姿.该方法只需要一个特征点进行匹配,计算量小、简单易行,适用于通过机器视觉引导工业机器人进行精密长轴类零件的快速装配.     

面向微操作的组合式微夹持器

基于宏微结合的设计思想,提出一种组合式微夹持器结构.采用微直线电机机构实现毫米级的宏运动,采用双晶片压电悬梁机构实现微米级的微运动.介绍组合式微夹持器的组成原理并对压电悬梁形变特性进行了有限元分析.在此基础上,开发微夹持器宏微控制系统,实现了微位移闭环控制.测试实验表明,该微夹持器具有结构紧凑、操作空间大、精度高的特点.     

基于并行处理方法的实时立体视觉伺服系统

针对实时跟踪及抓取运动目标物体的任务,给出了一个基于并行理论的视觉伺服系统。在系统中,运用快速模板匹配理论与快速可靠的立体视觉匹配理论相结合的方法实现运动物体的匹配与识别。然后通过卡尔曼滤波器对位置及速度进行预测。同时采用并行理论提高图像匹配理论的匹配速度。结果直接传给机器人及立体视觉平台控制器,实现机器人和立体视觉平台的视觉伺服,完成了对运动物体的实时跟踪和抓取。通过仿真和大量的运动目标物体的跟踪及抓取试验,获得的试验数据表明运用此方法提高了视觉伺服系统的定位精度和伺服速度。     

空间矢量PWM逆变器死区效应分析与补偿方法

针对一类非线性不确定系统的混沌反控制, 提出非线性不确定系统鲁棒混沌反控制的逆系统方法.由微分跟随器、积分逆系统和滤波器实现自适应逆混沌反控制器.通过微分跟随器提取混沌参考系统状态和受控系统状态,依照跟踪性能要求设计期望的动态系统,借助逆系统理论得到受控系统确定阶的逆，考虑幅值、相位调整和噪声抑制的需要设计滤波器.该方法使受控系统状态跟踪已知混沌参考系统状态.结果表明, 该方法输出微分跟随器对受控对象动态特性不确定性可以进行高精度实时提取,控制器设计不受李雅普诺夫指数配置求取和受控系统模型的约束.     

基于耦合滑模面的机械臂操作柔性负载系统分布参数控制

针对多变量刚柔耦合的机械臂操作柔性负载系统,提出了一种自适应滑模控制方法,研究了系统存在参数不确定性和外部干扰影响下的位置控制和振动抑制问题。系统动态特性由偏微分方程表示的分布参数模型来描述,避免了集中参数模型导致的溢出问题。基于对柔性负载的能量动态分析,设计了一种自适应滑模控制器,其中滑模面定义为关节角误差、关节角速度误差和柔性负载的根部应变和剪切力的耦合。利用LaSalle不变性原理,证明了闭环系统的渐近稳定性。最后仿真验证了所设计控制方法的有效性。     

基于铰链结构的机械臂操作柔性负载系统建模与控制

基于铰链结构研究了机械臂协调操作柔性负载系统的动力学建模与控制问题。提出了虚拟连杆的概念,以虚拟连杆为基准运用有限元法与拉格朗日方程建立了柔性负载的运动方程和振动方程,在负载坐标空间建立了系统的动力学模型。针对振动状态的不可测量性,应用刚性控制规律设计了控制器,给出了一种补偿系统动力学对位置控制影响的方法。仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于铰链结构的机械臂操作柔性负载系统建模与控制

基于铰链结构研究了机械臂协调操作柔性负载系统的动力学建模与控制问题。提出了虚拟连杆的概念,以虚拟连杆为基准运用有限元法与拉格朗日方程建立了柔性负载的运动方程和振动方程,在负载坐标空间建立了系统的动力学模型。针对振动状态的不可测量性,应用刚性控制规律设计了控制器,给出了一种补偿系统动力学对位置控制影响的方法。仿真结果验证了该方法的有效性。