基于显微视觉的宏/微双重驱动微动台的自动标定

提出了基于压电技术的微操作系统的自动标定方法,采用混合式步进电机直接驱动的宏动平台,实现系统大行程宏动定位,安装在宏动平台上的压电陶瓷驱动的微动平台和精密光栅,实现亚微米级的分辨率和定位精度,通过以上两部分实现定位机构的全闭环反馈控制,采用显微视觉反馈获取微动台操作器在图像中的位置信息进行标定。实验结果表明:系统的动态和稳定性能良好,自动标定运算速度快,运行速度达到11 frame/s,实现了对系统的精确标定,标定精度达到0.1μm。     

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.     

声光调制器在激光直写系统光功率控制技术中的应用

介绍了在激光直写系统中用于光功率控制的声光调制器,并根据光强稳定度要求分析了出了调制器的在数和相关的控制电路。按控制原理及调制器参数设计实现的声光调制系统获得了好的光强控制效果。     

柔性臂机器人定位过程模糊滑模控制研究

以宏微双重驱动的双连杆柔性臂机器人为背景,提出了一种具有模糊调节功能的关节角控制律设计方法,即基于刚性模态设计实现关节位置控制的滑模算法,再根据关节角误差信号和滑模函数变化趋势建立模糊推理表确定对滑模控制律的修正量. 为了保持系统性能平稳变化,还提出了修正系数矩阵的概念.计算机仿真表明,本算法可以很好地实现关节角位置控制同时不引起大的振动.     

用于精密微装配的全方位微小机器人

研制出了一种90 mm×60 mm×85 mm，可用于精密微装配作业的全方位微小型机器人，机器人集成了移动定位单元与精密微操作单元，移动定位单元由微型电机驱动的快速宏运动单元与压电陶瓷驱动的精密微运动单元两部分组成，最大宏运动速度为50 mm/s，开环定位精度1 mm，微运动最大速度200 μm/s，开环定位精度1 μm，分辨率为50 nm；微操作单元由压电陶瓷驱动的球基微驱动器与微夹持器两部分组成，微驱动器转动分辨率为0.000 1°，定位精度为0.000 5°，微驱动器金属球可以实现空间复杂的扫描运动，同时带动微夹持器末端实现精密定位，微夹持器采用压电陶瓷驱动的两级杠杆放大机构，末端最大张合位移为280 μm，最大微夹持力为0.1 N.开发了基于视觉反馈的微装配作业控制系统，并在视觉的引导下，实现了机器人对微型齿轮、微型轴/孔等元件的夹取、搬运等微作业任务，并顺利完成了Φ180 μm微型轴与Φ200 μm微型孔之间的精密装配实验研究.     

车载高精度两轴随动转台的设计与控制

设计并研制了车载高精度直驱控制两轴随动转台。以技术指标要求为基础,将车载高精度直驱控制两轴随动转台分为方位随动系统和俯仰随动系统,从随动系统结构设计、轴系精度、电机选项等方面进行了设计和分析。以方位随动系统为例阐述了随动系统的电气构成,建立了基于全数字控制驱动和高精度光电码盘的复合控制策略,对直流有刷力矩电机进行直接驱动控制。采用绝对式高精度光电码盘和增量式光电码盘一体化设计,详述了随动控制模块的电路设计和工作过程,试验结果表明该转台速度环、位置环具有良好的控制宽带和精度,并具有重量轻、承载大、架设撤收快等特点,满足高精度车载转台的要求。     

改进的电容式微加速度计中电路噪声模型

为了在加速度传感器设计中准确预测系统电路噪声,优化电路设计参数,建立了改进的电容式微加速度计中的电路噪声模型.详细分析了电荷积分器中的运算放大器噪声、开关热噪声、驱动信号参考电压、寄生电容电阻对系统噪声的影响,分析了相关双采样对热噪声和1/f噪声的影响,建立了微加速度计系统的输入参考噪声公式,所建立的电路噪声模型对各个电路噪声源进行综合考虑,没有忽略噪声源间的相互影响.仿真和测试结果表明:所建立的电路噪声模型能够准确的预测噪声水平,且开关热噪声在高精度微加速度计中严重影响着系统噪声水平.     

基于浮动坐标法的刚柔耦合定位平台力学模型

精密定位平台由于机械摩擦造成精度受限,难以满足大行程、高精度定位的运动要求。本文结合宏微复合结构,提出了一种单驱动刚柔耦合定位平台。相对于现有的宏微复合平台,大幅简化了机械结构和运动控制系统的设计。基于浮动坐标法和有限元法建立了单驱动刚柔耦合定位平台的静力学和动力学模型,并与商业软件ABAQUS及简化解析模型的分析结果进行对比,最大相对误差分别为1.6%和3.72%,证明了该理论模型具有较高的预测精度,可为刚柔耦合平台的优化设计及精密运动控制提供参考。     

激光直写调焦系统特性及离焦应用研究

为适应直接光刻法高效制作不同线宽的需要,提出了一种基于二象限探测器的新的调焦方案用于极坐标激光直接写入设备,这种调焦方案适于在离焦状态下制作不同线宽线条.针对转台和直线平移台两种主要离焦源的不同特点,采用快速精动机构和慢速粗动机构进行补偿.二象限光电探测器、压电型微位移执行器和高压运算放大器等分别构成调焦系统的输入、输出和驱动部分.该激光直写设备在离焦模式下制作了均匀的3.0 μm线宽的螺旋线,表明了离焦直写在制作可变线宽上的可行性.     

硅基集成光开关阵列的高速驱动控制电路设计

通过分析光开关单元的物理结构,提出等效电学模型,用于模拟光开关单元的瞬态响应.基于该模型,针对光开关阵列设计高速驱动控制电路,结合仿真探究电压尖峰对光开关单元瞬态响应的影响.系统测试结果表明,驱动电路施加的电压信号的上升/下降时间为1.7/1.6 ns,能够满足高速光开关纳秒级切换速度的需求.在该驱动电路的配合下,光开关阵列的切换时间为2.1～5.9 ns,实现了较先进的高速光交换系统.