压电陶瓷微位移器件迟滞模型的研究

在通过统计物理学角度分析压电陶瓷迟滞规律的基础上，结合数学建模方法，提出了一种简单实用的压电陶瓷迟滞数学模型。并设计了压电陶瓷实验控制系统，对迟滞数学模型进行了验证，实验结果表明，此模型可以有效减小压电陶瓷的迟滞非线性误差，提高压电陶瓷微位移的控制精度，本研究有助于实现基于压电陶瓷的高精度开环微位移控制。     

集成式五维微力/力矩传感器的研究

五维微力/力矩传感器应用于微装配机器人操作末端的微力觉感知,能够同时测量三个方向的微力Fx 、Fy 、Fz和两个方向的微力矩Mx和My;测力量程±1N,测力矩量程±0.05N*m;放大电路集成在传感器的本体中.应用力学理论对本体进行理论分析,推导出计算公式,求出本体的应变;并采用有限元分析软件进行仿真,分析应变,确定了一种适用的静态非线性标定方法.     

基于有限元方法的3-PPSR大长径比柔性并联机器人刚度模型分析

为实现较大工作空间的运动,设计了一种大长径比的3-PPSR结构的微操作柔性并联机器人.该机器人由压电马达驱动,采用大长径比柔性铰链连接,柔性铰链的变形范围在毫米级,适用于要求大变形的场合,同时具有结构简单、无奇异、无间隙、运动精度高等特点.由于系统的刚度直接影响系统的运动精度、承载负荷等性能,针对大长径比柔性铰链特点,运用有限元方法,建立了柔性铰链的数学模型,并采用整体刚度的方法,结合机构协调方程和力平衡方程,得到系统的柔性刚度模型.最后,采用ANSYS比较了所建理论刚度模型结果与有限元模型分析的结果.分析结果表明,理论刚度模型合理,符合机构的运动特征.     

微流量传感器及其在压电泵闭环控制中的应用

在现有压电泵研制基础上,开发了一种基于压差原理的微流量传感器并将其集成到压电泵闭环控制系统中,实现了压电泵输出试剂体积精确闭环控制.通过理论计算,指出了传感器的设计原理和传感器芯片设计原则,进而完成了传感器的封装;为方便观察传感器检测的流量信号,设计了传感器信号的显示模块;通过实验实现了传感器信号的标定和性能的测试;最后搭建压电泵闭环控制系统,并引入了模糊P ID控制算法进行精确体积试剂分配控制,通过试剂分配测试实验表明,当期望分配体积100μL时该系统试剂分配偏差小于0.1μL,具有较好的精度.     

光纤熔融拉锥中拉力控制方法与电磁力仿真

针对保偏光纤耦合器熔融拉锥制造过程中拉力控制问题,提出一种新的计算机在线拉力控制方法.拉力控制系统由计算机、拉伸机构、圆光栅及控制电路组成,通过检测光纤支架的旋转角度、改变线圈中的电流,控制永磁铁与线圈间的电磁力,实现对拉伸力的实时控制.分析电磁力和拉力的关系,建立永磁铁和线圈的三维有限元模型,确定永磁铁的运动轨迹,并对通电线圈的磁场分布和电磁力进行仿真,得到线圈中的电流、支架旋转角度和拉力的关系式.仿真结果表明拉力控制良好,控制误差约为1.03%.     

用于光学调整的二维纳米级微动台的设计分析

研究开发了一种用于光学调整的二维压电驱动的纳米级微动工作台,建立了工作台的力学模型,并利用结构力学理论推导出工作台沿X、Y方向刚度及前二阶固有频率的解析式。通过微动工作台固有频率及沿X、Y方向刚度的实验测试,验证了解析方法和有限元方法用于微动工作台设计分析的可行性。有限元分析结果表明,可通过改变直角平板柔性铰链的特征参数,达到控制和优化工作台固有频率、输出位移、应力分布及驱动力响应的目的,并提出一种初选微动工作台柔性铰链参数的简易方法。     

用于MEMS传感器批量制造的微装配系统

手工操作限制了MEMS传感器的批量生产.为了降低生产成本,同时提高传感器的产品质量,研制了柔性自动阳极键合系统.该系统包括一系列功能模块,包括精密定位系统、显微视觉子系统、柔性微操作手、加热系统、键合夹具、物流系统以及其它的附属系统.通过模块重构和调整,可实现不同尺寸规格传感器的键合.基于显微视觉以及微装配系统的特性,提出了基于小波变换的自动调焦清晰度评价函数,同时提出了基于改进史密斯预估器的用于克服视觉延迟的伺服控制结构.集成一维微力传感器的微操作手可实现高精度和无损操作.为了实现自动化操作,开发了包括任务规划和实时控制功能的控制系统.试验验证了该系统的自动键合功能.     

侧壁压阻式力传感器的研制与标定

在对现有微操作中夹持力问题进行分析的基础上,提出了一种基于面内侧壁压阻的力传感器加工方法,成功地在MEMS微夹持器上集成了压阻式的力检测传感器,对夹持力的检测反馈实现了微操作的闭环控制.该方法利用离子注入工艺和深度反应离子刻蚀（DRIE）工艺相结合制作检测梁侧壁压阻,改善了侧壁压阻工艺与其他工艺间的兼容性问题.最后通过压电叠堆驱动平台结合精密电子秤对压阻传感器进行了标定.测试表明,这种微力传感器加工技术可以很好地与其他工艺相兼容,力传感器的灵敏度优于72V/N,分辨率优于3μN.     

一种集成三维微力传感器的微夹持器研制

微操作中力的检测与控制是实现无损伤操作的关键。因此,该文提出了一种以压阻检测技术为基础,集成三维微力传感器的微夹持器。传感器标定实验结果表明,该传感器具有耦合小,测量分辨率高,线性度好的优点。传感器量程为-10~ 10 mN,在x、y向的分辨率均为2.4μN,z向的分辨率为4.2μN。微夹持器采用压电陶瓷驱动两级柔性放大机构,实现张合量300μm,完成了微夹持实验。     

微操作中力的检测及控制

微操作过程中,操作对象的特征尺寸通常小于1 mm。由于尺度效应和表面效应,操作对象本身的重力和惯性力不再起主导作用,粘附力作用成为影响微操作成败的关键因素。这就导致了单靠宏观上的操作技术不能充分解决微观领域操作问题。该文在论述微操作过程中粘附力作用机理的基础上给出了一些微操作过程中有关力的检测、控制的可行方法。