五自由度仿人灵巧手运动学研究

为了深入掌握灵巧手运动过程,需要对灵巧手各关节的位移、速度、加速度、静力进行研究,得到运动学相关的理论数据。在分析了Shadow仿人灵巧手的机械结构特点的基础上,运用D-H坐标法,建立Shadow仿人灵巧手的运动学模型,推导出运动学正、逆方程,求解出正、逆解析解和雅可比矩阵,分析了灵巧手的微分运动学,求解出雅克比矩阵,并且得到了静力学相关参数,为下一步的理论研究和仿真实验提供数据参考。     

光栅拼接技术研究进展

大面积衍射光栅的研制一直是研究的重大课题之一,同时大面积衍射光栅的制作以及获取是光栅研制的一个技术难点,啁啾脉冲放大(CPA)技术的出现更加加剧了对米级光栅的需求.由于大口径光栅制造技术难实现和经济代价高昂的限制,因此采用拼接的方法增大光栅的尺寸成为公认的经济有效的途径.详细介绍了光栅拼接的理论研究,并在此理论指导下,...     

静电悬浮转子微陀螺五自由度位置检测研究

给出了一种基于微机电系统(MEMS)技术的静电悬浮转子微陀螺,为了实现对静电悬浮转子微陀螺转子的五自由度(5-DOF)悬浮控制,需要对转子进行五自由度位置检测,首先介绍了微位移检测原理,提出了一种基于频分复用技术和开关解调技术的微位移检测方法,设计了基于直接数字频率合成(DDS)技术的多频率信号发生器、前置放大器及锁相放大器组成的位置测试系统,位移检测电路的各项性能指标能满足静电悬浮转子微陀螺的五自由度控制需要.     

高稳定性阵列光栅拼接架设计与验证

光栅拼接是解决光栅口径限制的一种有效途径,而光栅拼接的难点是子光栅的精密调整和稳定性保持。为实现子光栅的精密调整,采用了差动螺纹和压电驱动器两级驱动调整机构,子光栅调整精度可达纳米量级;为提高光栅拼接架结构稳定性,对影响光栅拼接架结构稳定性的因素进行了理论分析,根据分析结果,设计了新型的光栅拼接架,采用整体式支撑结构以提高光栅拼接架的固有频率,用柔性铰链代替弹簧以提高子光栅与光栅支撑架的联接刚度,光栅拼接架的稳定性得到大幅提高。经实验测试,拼接架的稳定时间超过1h,子光栅间相对位移标准差为35.7nm,拼接架满足使用要求。     

光参量放大晶体拼接机构设计及拼接误差补偿

晶体拼接技术能够克服光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)过程中非线性晶体口径受限问题,从而有效地提高放大器的输出能力。针对晶体拼接中相位匹配角的精确控制和晶体加工误差补偿问题,提出了"独立调整+误差补偿"的OPCPA晶体拼接技术方案,研制了2×2晶体拼接调整机构及2×2能动反射镜,每块子晶体可以进行3个自由度旋转以达到初始拼接角和相位匹配的目的,纳米精度的压电致动器驱动的2×2能动反射镜对晶体加工误差进行补偿。利用透射式元件对晶体拼接系统进行了可行性和稳定性验证,取得了较好的实验结果,证明该拼接调整方案是可行的。     

五自由度光电鼠标：能实现三维空间交互的新型USB鼠标的设计与实现

为满足虚拟现实、网络游戏和手术模拟等的需求,本文设计并实现了一种能实现三维空间交互的新型五自由度USB光电鼠标,该鼠标在传统二维鼠标的基础上增加2个自由度,这2个自由度以滚轮的形式分布在鼠标的两侧,分别实现绕X轴和Y轴的旋转,从而实现5个自由度的交互输入。文中给出了硬件电路、固化程序、驱动程序、样机和应用系统的设计等。该鼠标完全兼容传统的二维鼠标,接入计算机就能直接当传统的二维鼠标使用,安装新的驱动程序后能实现三维交互输入,并且不再另外需要二维鼠标的配合,单手操作即可。实验表明：该五自由度三维鼠标交互输入的效果良好,并且操作简单方便。     

基于小口径反射镜的大口径拼接光栅压缩器设计

为实现大口径拼接光栅拼接误差的高频高精度补偿的工程应用,提出了一种基于小口径反射镜补偿大口径拼接光栅压缩器拼接误差的方法。基于双程Z型压缩器,分析了小口径反射镜补偿量与拼接误差的关系,采用光线追迹法和夫琅禾费远场衍射原理定量计算了各拼接误差补偿后对远场能量分布的影响,证明了该方法原理的正确性,并得到了直接驱动光栅与反射镜补偿时的各误差容限,结果表明该方法能极大降低拼接光栅的精度要求。     

光栅拼接旋转误差检测系统

拼接光栅技术是提高高功率激光器输出能量的一条可能途径,为保障高功率激光器光束时空光束质量,拼接光栅角度误差必须小于0.4μrad,位移偏差小于20 nm。为了满足光栅拼接调整系统的高精度高稳定性要求,设计了光栅拼接旋转角度偏差检测方案用于测量两块相邻光栅之间的相对空间姿态。测量系统测量光束与压缩器主光束同轴,利用相移式干涉仪测量待测光,得到若干干涉图样,通过快速傅里叶变换还原波前得到相邻两块光栅相对空间角度偏差。通过实验验证了检测系统的理论可行性,目前在小口径光束下精度达到0.45μrad。测量方案结合拼接光栅只需要测量波面倾斜误差的要求,简化了干涉测量光路及图像分析流程,有利于光栅拼接技术的工程化应用。     

全息拼接光栅的误差研究

为了制作大面积拼接光栅,对全息光栅拼接误差进行了分析。利用参考光栅与光场光栅形成的莫尔条纹来控制拼接光栅位置和误差,确定了参考光栅莫尔条纹间距、倾斜度及相位与拼接光栅位置之间的关系。研究了参考光栅面和拼接光栅基片不平行时莫尔条纹与拼接光栅条纹的相位一致性,计算了光程差漂移对拼接光栅相位对准误差的影响,分析了工作平台移动对光栅拼接误差的影响。得出光栅拼接总误差为0.15λ,该误差接近光栅拼接精度要求,通过实验验证了全息光栅拼接误差分析的正确性。结果表明,利用参考光栅进行全息光栅拼接是可行的。全息拼接光栅的误差分析为制作米量级高精度拼接光栅提供了理论支持。     

并联机构激光加工系统创新设计

提出了一种新型的两自由度并联平动机构 ,并将其成功的应用到YAG激光加工平台当中。介绍了激光加工平台的组成及控制系统组成 ,同时还分析计算了该并联实验平台的自由度 ,推导建立了该机构的位置正、反解和速度解方程 ,给出了机构的工作空间分析及其雅可比矩阵 ,为激光加工平台提供了设计和控制的理论依据。经技术实施表明该新型加工平台具有结构简单、控制容易、作业空间大及可实现两维任意图形的加工等特点     

光栅拼接旋转偏差实时监测调节实验

为了获得拍瓦激光系统需要的大口径高破坏阈值光栅压缩器,用多块电介质膜光栅进行拼接是解决问题的有效方法.旋转偏差需要控制在1μrad内,才能避免拼接误差带来的时空特性影响,因此利用零级光和一级衍射光对旋转偏差进行独立监测,采用二次曲线拟合法对干涉条纹中心位置进行高精度测量,测量精度可达0.1 pixel,检测到旋转偏差约0.5μrad;高精度的要求受调节机构和环境的限制,需实时监测调节来保持光栅姿态,将偏转量反馈给光栅调节装置保持拼接子光栅的位置,可长时间保持在0.5μrad偏差内.实验结果表明,光栅拼接旋转偏差实时监测调节能满足拼接高精度和长时间稳定的要求.     

精密工作台光栅定位测量与控制系统的设计

定位测量与控制系统是精密仪器中的一个重要组成部分,特别是对高精度的仪器尤为重要.精密工作台光栅定位测量与控制系统是一种包括激光干涉仪、光栅、线纹尺、感应同步器、磁栅及码盘等多个元器件组成的精确的定位测量与控制系统系统.     

一种新型平面并联定位机构的误差建模与分析

当前IC行业的迅速发展使得研制新型高速精密定位机构成为十分迫切的任务.针对这种需要,提出了一种新型平面并联定位机构,它由直线电机直接驱动含有平行四边形支链的并联杆机构来实现末端平台平面内的平动.首先根据输入、输出关系微分法建立了机构的误差模型,并对影响末端位姿误差的各类几何误差源进行了敏感性分析,给出了误差源对末端精度的敏感系数;然后基于误差映射矩阵,推导了机构定位误差极值表达式,并给出了已知误差源精度水平下,平台定位误差在工作空间内的分布情况.上述误差建模与分析方法对高精度的定位机构的设计及误差补偿具有重要的指导意义.     

拼接压缩光栅波像差理论研究

为了研究波像差对拼接的影响,采用模拟计算的方法对两对存在像差的子光栅的远场光斑特性参量进行了理论计算,在一定评价判据的基础上,得到了光栅的拼接精度。结果表明,当拼接子光栅的波像差为0.5的慧差时,其最大拼缝偏差约为0.42个光栅周期,最大角度偏差约为0.52rad,均比无像差时的拼接要求有所降低,这一结果对制作大口径拼接压缩光栅是有帮助的。     

一种三自由度并联机器人运动控制系统性能分析及仿真

针对3UPS-UP并联机构实现运动控制,提出一种有效的控制方法.首先对3UPS-UP并联机构的三维建模进行运动学分析利用封闭矢量法算出机器人的逆解,再把并联机器人用ANSYS做固有频率与谐响应分析;得出刚度性能与稳定性对控制系统的要求.通过SolidWorks中的三维模型用插件导入Simulink中快速搭建机械控制模型...     

六自由度压电驱动并联微动机构设计与分析

采用理论分析、有限元分析与仿真方法相结合的方法,设计并分析了一套新型的压电陶瓷驱动的六自由度并联微动机器人机构,充分发挥压电陶瓷和并联机构的优点,实现了并联机器人机构、驱动、检测-体化设计。经过实际检测证明,所采取的方案是合理可行的。     

次镜支撑小型三自由度机构动力学及控制策略

提出了利用一种可实现一个移动和两个转动的小型3自由度（3-DOF）并联机构来支撑并控制次镜,以达到激光精确聚焦目的的方案。通过对小型3-PRS机构的运动模式分析,采用欧拉角描述动平台的运动方式,对其运动学特性做了简要分析。引入该机构连接杆的质量分布因子,利用虚功原理建立了逆动力学模型。基于建立的动力学模型,提出了两种控制策略方案。利用ADAMS/Control模块和MATLAB/Simulink模块联合仿真了该机构的控制精度。最后将该机构应用于实际光路系统中,测量了两种控制方案下该机构控制的调焦次镜对聚焦光斑性能的影响。仿真结果充分证明了该机构完全满足支撑激光聚焦次镜结构的设计要求。     

大口径拼接压缩光栅波像差研究

为了研究大口径拼接压缩光栅的固定像差和随机像差对光学拼接的影响,采用数值模拟的方法,理论分析了参考光栅的衍射光斑特性。在有效判据的基础上,得到了光栅的拼接精度。结果表明,当拼接子光栅的波像差为1.0λ时,其最大拼缝偏差约为0.26个光栅周期,采取人工干预后,最大拼缝偏差增加到0.42个光栅周期。与此同时,最大角度偏差约为0.71μrad,两种特性参量均比无像差时的拼接要求大幅度降低。这一结果对高能量皮秒激光装置的改进有一定的积极意义。