基于距离精度的工业机器人标定模型

工业机器人主要有两个性能评价指标:重复定位精度和绝对定位精度。由于制造与安装误差,导致工业机器人定位精度不高,因此,在机器人使用前需要对其进行标定。但在应用传统的方法进行位置误差的标定和补偿时,要涉及到测量系统坐标系与机器人基础坐标系间的变换。由于这一过程很难精确完成,容易引入误差。因此,本文利用距离精度的定义,在修正的5参数DHM(Denavit-Hartenberg Modified)运动学模型的基础上,建立了机器人的距离误差标定模型,该模型可以避免坐标转换带来的误差。基于该模型,利用Matlab软件进行仿真实验。仿真结果显示机器人距离误差标定模型可以明显提高机器人的距离精度,为后续的实验打下基础。     

数字微流控芯片半月形驱动电极的设计

为了降低数字微流控芯片的驱动电压,将传统的方形驱动电极结构设计为半月形,并研究了不同参数的半月形驱动电极降低驱动电压的效果。首先,根据介电湿润的基本原理分析了不同驱动电极形状对降低驱动电压的影响。然后,通过流体体积法(VOF)对液滴的运动过程进行建模和数值仿真;根据数值仿真结果对比分析了不同结构参数的半月形驱动电极随驱动时间的运动过程。最后,设计了4种不同结构参数的半月形驱动电极芯片,并对其驱动液滴的效果进行了试验验证。结果表明:研制的4种半月形驱动电极微流控芯片中,电极圆弧直径等于电极长度结构的芯片其驱动电压比其他3种电极结构的芯片的驱动电压至少降低了15.6%,而且可以在16V的驱动电压下使1μL去离子水液滴的运动速度达到1.6cm/s,是设计为半月形驱动电极中的最优设计。实验数据证明了电极圆弧直径等于电极长度的半月形驱动电极结构可有效降低微流控芯片的驱动电压。     

基于摩擦电传感器的电致变色触感响应系统研究

本文基于摩擦电传感器(TES)设计了电致变色(ECD)器件的触感响应系统,通过外界接触压力作用,能够实现电致变色器件的实时控制。本论文中重点讨论了摩擦电发电机性能,电致变色器件的制备、性能及触控系统对电致变色器件的触控开关的响应机制及触控效果。研究结果表明基于摩擦电的电致变色触控开关系统能够实时控制基于聚苯胺电致变色器件变色,触控后聚苯胺由浅绿色变成墨绿色。本触控系统具有小型化、轻便、柔性可弯折等优势,其在机器人、人机交互等领域显示了潜在的应用前景。     

电动汽车微型燃气轮机增程器向心涡轮设计方法研究

本文首先通过匹配计算确定了微型燃气轮机增程器的主要性能指标,并通过模型分析得到微型向心涡轮的设计参数;其次根据向心涡轮工作过程建立损失模型,将遗传算法融入设计方案,编制了设计流程和计算程序;最后依据设计结果完成了微型向心涡轮结构设计,并利用CFD方法进行数值模拟计算。仿真计算结果表明：所设计的微型向心涡轮的轮周效率、轴效率以及输出功率均达到了设计要求,同时内部流场模拟结果显示涡轮也具有较好的气动性能,说明所采用的设计方法是可靠的。     

面向乒乓球对弈作业的七自由度仿人臂多目标轨迹规划

人类能对乒乓球拥有快速对弈作业的运动技能,并能以一种动作能耗小且舒适自然的手臂构型进行动作,其原因是由于人在长期的学习训练过程中积累了丰富的具有相应运动特性的"知识"信息.受人臂动作此行为机制启发,提出一种七自由度仿人臂面向乒乓球作业的多目标轨迹规划方法.该方法考虑仿人臂乒乓球作业的机构物理约束、障碍约束与任务约束条件,以仿人臂作业轨迹的能量消耗与臂姿构型舒适性为优化准则,采用多目标粒子群优化方法优选动作轨迹的决策变量获得一组最优的Pareto解集,决策者可根据实际决策需求选择其中一非支配解;在此基础上利用仿人臂多目标轨迹优选方法对其整个作业任务空间学习训练,构建仿人臂乒乓球对弈作业"知识"库.仿真试验结果表明该方法能较好地逼近真实的Pareto前沿,实现全局多目标寻优,且所优选的轨迹能满足仿人臂乒乓球作业的机构物理约束、障碍约束与任务约束条件,实际仿人臂动作测试也验证了该方法的有效性.     

基于物联网关联的光照监控与节水灌溉系统设计

光照监控与节水灌溉系统具有复杂性和滞后性的特征,传统控制方法的灌溉控制效率低,造成水资源浪费。设计一种基于物联网关联的光照监控与节水灌溉系统,系统主要由土壤湿度传感器、物联网采集终端、喷灌机控制终端、智能光照监控模块构成,通过物联网感应平台实现对农业浇灌配置的远程管控。利用智能光照监控系统使实际光照数据与理想数据接近,实现光照监控,介绍了终端采集模块的基本框架,给出GPRS通信模块和土壤湿度传感器的接口电路。软件设计中,分析了系统的功能模块,给出节水灌溉模式处理的部分关键代码,介绍了详细的软件设计流程。实验结果表明,所设计的节水灌溉系统可对光照情况进行精确监控,节水效率较高。     

5×135气动马达动平衡分析与曲轴改进

目前使用的5×135气动马达存在严重的动不平衡问题,工作过程中振动和噪音比较大,降低了马达的工作效率和使用寿命。针对现有气动马达存在的问题,通过UG等三维建模软件对其进行三维建模来得到特征参数,再由所得参数进行动平衡计算。根据计算分析后的结果对曲轴进行改进,将改进后的曲轴用同样方法进行计算,把计算结果与未改进时进行对比,做到保证马达的动平衡又不增加马达质量,并通过有限元分析软件ansysworkbench14.5对现有曲轴和改进后的曲轴进行静力学分析,将改进前后的分析结果进行对比,使改进后的曲轴应力分布更为合理。     

基于单一敏感质量的三轴电容加速度计的设计

设计了一种单一敏感质量的三轴电容加速度计。该器件采用全差分电容的检测方法,满足了灵敏度的设计要求并解决了三轴的交叉耦合问题,其独特的单一敏感质量结构减小了器件的整体尺寸,降低了成本。器件由外延多晶硅工艺实现了18μm的厚度制作,降低了热机械噪声,增大了检测电容,提高了灵敏度、分辨率和可靠性。ANSYS仿真结果表明,器件在3个轴向的灵敏度一致性好,抗干扰,测试结果和理论分析相符。该加速度计结构工艺简单,在消费电子领域有较好的应用前景。     

基于粘滑原理纳米定位平台的设计和分析北大核心

为了能实现跨尺度纳米定位操作,研制了一个基于粘滑驱动机理的纳米定位平台。采用柔性铰链的驱动机构,在对其在垂直方向上和驱动方向上的刚度进行分析的基础上,进行尺寸优化,从而减少定位平台在垂直方向产生耦合运动。致动器采用叠堆型压电陶瓷,实验分析发现压电陶瓷驱动器在有预紧力作用下,实际位移输出小于标称位移,当预紧力越大时,压电陶瓷的实际输出位移越小。在导向方面,采用双列交叉滚柱导轨,实现了载物台的多样化设计,从而提高了定位平台的适用性。同时结合LuGre摩擦模型对定位平台进行了动力学分析,优化其结构设计。单自由度粘滑驱动纳米定位平台的最大尺寸为28 mm×34 mm×12 mm,具有10 nm的分辨率、0.021 mm/s的速度和10 mm的行程。     

轮式移动机器人运动控制系统研究与设计

基于差速转向原理,设计了一套轮式移动机器人的运动控制系统。首先选择小车的模型(运动模型),进行运动学和力学分析,得出左右两侧车轮的速度约束,然后设计机器人的运动控制模块和无线遥控模块。运动控制模块可分为控制电路和驱动电路两大模块,控制电路以DSP作为核心控制部件,捕获编码器的信息并产生PWM信号;驱动电路以直流电机H桥集成芯片为驱动部件,接收来自DSP的控制信号。无线遥控模块选用AVR单片机作为控制核心,实现A/D转换和指令发送等功能。实验证明,该系统不仅能实现较长距离的无线控制,传输可靠,而且速度控制准确,车体运动灵活。