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.     

基于LVDT的光学器件相对位姿检测方法

针对光学精密装配工艺特点,提出一种基于LVDT的三维相对位姿检测方法.采用4个对称分布的LVDT检测光学装配过程中球面镜与谐振腔体的位姿关系,根据LVDT的读数推导得出球面镜与谐振腔体的相对位姿.设计采用集成信号调理芯片AD598的LVDT处理电路作为位姿检测的控制系统,通过实验得出LVDT微位移检测的分辨率为0.1 μm,重复检测精度为±0.3μm,并能较好地跟踪方波及正弦波信号.采用PID算法实现球面镜的快速位姿定位.实验结果表明:当球面镜的加工及安装误差在允许范围内时,位姿检测系统可以在25 s内完成球面镜相对于谐振腔体的位姿调整,最大距离误差为0.5 μn,最大角度误差为8″,充分验证了基于LVDT相对位姿检测方法的可行性.     

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.     

基于信息融合实现的激光陀螺调腔检测

考虑激光陀螺调腔人工检测耗时较长、易受干扰,本文建立了激光陀螺自动调腔系统.在分析激光陀螺调腔工艺的基础上,构建了一种由CCD相机和光电倍增管组成的多传感器信息融合体系结构,提出了基于D-S证据理论的激光陀螺调腔检测方法.通过分析计算CCD相机和光电倍增管检测到的信号得出光斑、光阑中心点坐标差值及陀螺损耗值,并由这些信息获得调腔质量的评价函数.然后,根据D-S证据理论对评价函数进行融合处理,分别获得陀螺调腔质量合格与不合格的信度函数,应用最大支持度规则对调腔质量进行综合判断.实验结果显示,基于DS证据理论的激光陀螺调腔方法检测准确率为91.14％,有效提高了调腔质量,验证了该方法的可行性.     

基于SEM的微纳遥操作系统控制策略研究

为改善基于扫描电镜微纳遥操作系统的力觉临场感与稳定性,针对微纳遥操作系统提出一种基于滑模的阻抗控制策略。主操作手端应用阻抗控制策略,以提高主操作手的顺应性;从操作手端采用基于滑模的阻抗控制策略,解决从操作手端参数的不确定性问题。由于实现上述控制策略需要的微分控制信号难以直接获取,故在主/从控制策略中结合跟踪微分器技术进行在线获取。针对微纳遥操作系统工作于低频带,具有极大的力反馈增益(105以上)特点,利用 Liewellyn稳定判据推导出小延时下系统稳定条件。仿真和实验表明：所提出控制策略具有良好的鲁棒性,能够提供精确的力觉临场感。位置跟踪阶段最大位移误差小于0.5μm;接触阶段操作者能够精确地感知从操作手端1μN接触力。     

集成式压电驱动微操作手的位置控制研究

微操作手是微操作机器人的核心部件 ,文章介绍了作者研制的压电陶瓷管驱动三自由度集成式微操作手 ,在此基础上 ,研究了微操作手的位置闭环控制 ,提出了模糊 -比例积分控制方法 ,并通过实验获得了较好的控制效果。通过对微操作手进行动静态测试得到微操作手的性能指标 :操作手末端 X、Y轴的最大输出位移为± 8.5μm,重复定位精度为 2 8nm ,位移分辨率为 10 nm ,动态阶跃响应时间为 5 m s;Z轴最大输出位移为 6 .2μm ,重复定位精度为 17nm,位移分辨率为 4 nm ,动态阶跃响应时间为 5 m s。该微操作手能够实现纳米级微动定位 ,满足微操作要求     

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 .0 5N·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     

基于压电陶瓷驱动的微操作手研究现状

微操作手是微操作机器人的重要组成部分 ,首先介绍了国内外研制的几种典型微操作手。在此基础上 ,对于微操作手的关键技术 ,从机构、驱动、传感、检测几个方面进行了论述 ,在机构上 ,介绍了微位移定位机构的特点 ;在驱动方式上 ,论述了压电陶瓷的驱动方法 ;在微位移检测上 ,介绍了几种纳米微位移检测手段。最后 ,阐述了微操作手的发展趋势 :微型化、集成化、智能化 ,达到纳米级或更高的定位精度     

基于显微视觉与微力觉柔顺混合控制的微操作机器人

简单介绍了一种基于显微视觉和微力觉柔顺混合控制的微操作机器人的系统构成，并重点介绍了显微视觉系统和微力控制系统的组成及工作原理。阐述了显微视觉伺服系统和力觉柔顺控制在微操作机器人中的作用。同时，基于视觉与力觉混合控制技术，以微小轴孔零件装配任务为研究目标，进行了微装配试验，并取得较好效果。