Development of a microgripping system for handling of microcomponents

This paper reports the development of a semi-automatic microgripping system that consists of a microgripper and an x, y, z positioning system. The microgripper has two 1DOF fingers fabricated by an amorphous, soft magnetic material and is actuated electromagnetically. The microgripper is embedded in the 3DOF positioning system with the help of a stainless steel holder under an angle, which is manually adjusted, in respect to the working field. The position of the microgripper is observed optically and by three digital indicators¹ from Mitutoyo, which offer easy reading and continuous position tracking. All axes are actuated by step motors which allow precise positioning of the microparticles under manipulation. The microgripping system was tested in pick and place cases, under an optical microscope in atmospheric conditions. Optical fibres (125 μm in diameter) and bonding wires (50 μm in diameter) were handled. The temperature on the actuator, on the microgripper fingers and on the microgripper tips during manipulation was measured using K type (Ni/CrNi) thermocouples. The gripping force was evaluated as well.     

新型双向可控离合器的初步研究

联合动力装置现在已成为舰船动力的发展趋势,在这种装置中需要一种可以双向传递功率的离合器,即双向可控离合器.主要讨论了双向可控离合器在联合动力装置中的应用,根据离合器的工作特点提出两种初步方案,对两种方案的工作原理及结构特点进行了论述,并进行了比较分析,为联合动力装置中双向可控离合器的设计提供依据.     

微夹钳技术发展现状及应用研究

微夹钳是最典型的微执行器,它可以充当机器人手爪,配合各种多自由度驱动装置成为微机器人。微夹钳单元技术与微装配、微操作、微焊接、微封装等系统技术紧密地联系在一起。由于它的重要性和广泛的应用,近年来已成为微机械领域研究的热点。本文首先介绍了微小领域中物体夹持的物理背景,阐述了粘附力的规律和解决方法;详细介绍了已有的微夹钳的研究进展状况,结合作者的科研工作,阐述了有代表性的几种微夹钳的工作原理及工艺制作方法;指出了微夹钳的发展和功能优化方向,以期对微夹钳的研究工作起到一定借鉴作用。     

基于压电智能结构状态估计误差补偿的自抗扰振动控制

压电智能结构的模型难以精确建立,且存在外界环境激励干扰和内部参数不确定等问题,从而影响闭环结构的振动控制性能。基于此,将结构的内部干扰和外界激励的影响归结为系统的集总干扰,并利用扩张状态观测器(Extended state observer,ESO)设计不依赖于模型的自抗扰振动控制器。然而当外界扰动激励变化时,扩张状态观测器对扰动和各阶状态的估计不可避免存在偏差,难以保证振动控制的效果。为克服二阶自抗扰策略在振动主动控制中的不足,提出一种基于压电智能板结构的状态估计误差补偿自抗扰振动控制方案。利用状态观测误差信息,对二阶自抗扰控制器进行补偿,从而减小ESO对扰动和各阶状态估计的压力,提高振动控制效果。利用dSPACE实时仿真系统,搭建四面固支压电智能板结构的振动主动试验平台。四种干扰激励的试验结果验证该方法的有效性、实用性和强抗干扰能力。     

Development of a high precision flexure-based microgripper

This paper presents the design and development of a high precision microgripper for micromanipulation. The design is based on a hybrid flexure-based compliant mechanism and a bias spring structure which render high fidelity and inherent mechanical advantages. Finite element analysis (FEA) was conducted to evaluate responses of the model under specified load and displacement to investigate optimum design of the model. The prototype of the proposed microgripper was fabricated using electro-discharge machining (EDM) process. An experimental study of the performance was carried out and the results are presented. The experimental results are also compared with the computational analysis results. The results show that a high level of displacement amplification and a maximum stroke of 100 μm can be achieved.     

复合式MEMS微夹持器研制

研制了一种针对亚毫米微小构件实施稳定夹取及可靠释放的微夹持器,应用MEMS体硅工艺将静电梳齿驱动与真空驱动集成构成复合式驱动,设计了微夹持器静电驱动控制系统以及真空控制系统。在80V的驱动电压下,微夹持器末端夹爪位移25μm。设计了两种尺寸的微夹持器,一种张合量为100µm～150µm,另一种为150µm～200µm。针对100～200µm的小球进行了微操作实验,实验结果证明静电梳齿驱动结合真空吸附能够使夹取操作更加稳定,基于闭环控制的正压气流能有效克服小球与夹爪之间的粘附力,实现了可靠的释放操作。     

四旋翼自抗扰姿态控制器设计与仿真研究

本文针对四旋翼飞行器姿态控制问题,设计了自抗扰控制器并进行仿真研究。首先,基于四元数建立了四旋翼姿态动力学的离散模型和执行机构模型。接着,介绍了自抗扰控制器的基本组成,并设计了以四元数为姿态描述的自抗扰姿态控制器。最后通过数学仿真对自抗扰姿态控制器与PID控制器的进行了性能比较。仿真结果表明,在达到同样响应速度的情况下,自抗扰姿态控制器输出的控制指令更为平滑,而且在输入指令包含噪声的情况下也表现出良好的控制性能。证明了基于四元数描述的自抗扰控制器能够在噪声中还原原有输入信号,并且在四旋翼的姿态控制性能上超过传统的PID控制器。     

喉部手术机器人手指系统设计

喉部手术机器人手指系统是针对喉部手术自身特点及要求而开发的一套手指系统.该系统由驱动机构和末端工具两部分组成,拥有旋转和开合两个自由度,并能快速更换末端工具,使机器人具有足够的自由度与灵活性,满足手术中位姿和动作要求.动物试验证明该手指系统满足喉部手术的各种要求.     

主动隔振与动力吸振器的联合减振研究

针对单层主动隔振系统，研究主动隔振对隔振对象振幅的影响。发现存在临界频率，对于临界频率以下的激励，主动隔振会加剧隔振对象的振动。临界频率是阻尼的函数，选择合适的阻尼可使临界频率尽量小，但存在下限。引入动力吸振器能有效降低隔振对象低频响应的振幅，分析表明，对于舰船的低频噪声，主动隔振与动力吸振器联合减振是一种有效的综合治理方法。     

A new design of piezoelectric driven compliant-based microgripper for micromanipulation

This paper describes the development of a microgripper mechanism capable of delivering high precision and fidelity manipulation of micro objects. The mechanism adopts a flexure-based concept on its joints to address the inherent nonlinearities associated with the application of conventional rigid hinges. A combination of two modeling techniques namely Pseudo Rigid Body Model (PRBM) and Finite Element Analysis (FEA) was implemented to expedite the prototyping procedure which leads to the establishment of high performance mechanism. A wire Electro Discharge Machining (EDM) technique was utilized to fabricate the monolithic structure of the gripper mechanism. Experimental studies were conducted on the model prototype to obtain various correlations governing the gripper performance as well as for model verification. The experimental results demonstrate a high level of integrity in comparison to the computational analysis. A high amplification characteristic and maximum stroke of 100 μm can be achieved.     

基于智能材料主动拆卸的产品设计方法

随着技术的不断进步,产品的更新换代不断加快,废弃产品的回收问题得到越来越多的关注。制约产品回收发展的一个主要因素是产品的拆卸效率低下,成本高昂。智能材料主动拆卸技术(Active disassembly using smart materials, ADSM)就是解决此难题的一种方法。ADSM适用于以塑料为主的产品以及含有可重用零部件的电子电器产品,尤其是用传统拆卸方法难以拆卸或拆卸效率低下,回收成本高昂的小型产品。介绍智能材料主动拆卸的原理及特点,给出基于智能材料主动拆卸的产品设计方法,并提出主动拆卸结构和主动拆卸产品的设计准则。利用这些设计方法和准则对遥控器产品进行重新设计。通过对重新设计后的遥控器进行的主动拆卸试验表明,其拆卸效率明显提高,验证基于智能材料主动拆卸的产品设计方法的可行性与优越性。     

复合挤压变形规律的研究

利用光塑性方法模拟研究复合挤压变形,获得变形区的全场应变分布曲线;分析材料的流动规律,将变形体分为挤压型变形区,镦粗型变形区和刚性区３个特性区域。建立上限模型,分析模具几何参数对复合挤压变形的影响,证明凸模直径与正挤出口直径对复合挤压变形的影响最大。     

大型带式输送机合理可控起动曲线的研究

大型带式输送机的可控起动过程的合理选择是降低输送机动载荷的重要途径。首先给出了带爬行段的等加速度、组合摆线、组合抛物线起动过程的分段函数;然后应用动态分析软件对等加速度、组合摆线。组合抛物线起动过程进行了计算机仿真,证明当起动加速度足够小时,采用组合摆线、组合抛物线起动具有较小的动载荷系数,当起动加速度较大时,等加速度起动方式具有较小的动载荷系数;最后给出了更一般的起动加速度曲线。     

自适应线性自抗扰控制器的设计

自抗扰控制器对于抑制不确定的扰动有良好的效果,但其控制器参数较多且整定困难。为了实现自适应的线性自抗扰控制器,对线性自抗扰控制器的参数整定策略展开了研究。首先,设计了基于观测误差的线性扩张观测器参数自适应整定算法。接着,设计了自抗扰控制器线性反馈环节的参数的自适应整定算法。最后,利用李雅普诺夫方法,证明上述自适应整定算法得到的参数可以保证扩张状态观测器的观测误差和被控系统最终输出误差都收敛至零。实验结果表明:精密气浮运动平台低速工况下,自适应线性自抗扰控制器的参数在0.8s内即可迅速完成整定计算;线性扩张观测器观测误差绝对值小于2nm;被控精密气浮运动平台的速度波动不大于5%。自适应线性自抗扰控制器实现了控制器参数在线整定,控制器的性能表现满足要求。     

自适应模糊控制方法在主动悬挂系统中的应用研究

提出了一种主动悬挂系统的自适应模糊控制方法 ,该模糊控制方法可以在线自适应调整模糊控制的有关参数。 1/ 4车辆模型作为仿真对象 ,模糊控制器可以显著地减小车辆的振动及干扰 ,提高车辆的舒适性。仿真结果表明该模糊控制方法的有效性。另外 ,当主动悬挂系统模型参数发生变化时该模糊控制器表现出良好的鲁棒性     

动态产品模型支持下的并行 CAPP

阐述了并行ＣＡＰＰ的原理，详细描述了本文提出的并行ＣＡＰＰ的工作过程。它以新增特征为增量，依靠动态特征模型的扩展以及工艺规划模型的状态演化过程，形成一个循序渐进的ＣＡＰＰ过程。     

宽带振动主动控制的模糊自适应控制方法

由于广泛采用的自适应滤波－X LMS算法只限于线性问题,针对振动主动控制中存在的一些非线性问题,文中利用模糊逻辑系统能够逼近非线性系统的特性,提出一种模糊适应前馈主动控制方法,解决由于传感通道的非线性使得参考信号与外扰间呈非线性函数关系的主动控制问题。针对复合材料梁振动控制的数值仿真计算结果表明,该非线性模糊自适应控制方法的有效性。