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.     

用于精密微装配的全方位微小机器人的研究

研制出了一种90mm×60mm×85mm的可用于精密微装配作业的全方位微小型机器人，该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2部分组成，宏运动最大速度为50mm／s，开环定位精度为1mm；微运动最大速度为200μm／s，开环定位精度为1μm，分辨率为50nm．微操作单元由压电陶瓷驱动的球基微驱动器与微夹持器2部分组成，微驱动器转动分辨率为0．0001°，定位精度为0．0005°，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2级杠杆放大机构，末端最大张合位移为280μm，最大微夹持力为0．1N．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Ф180μm微型轴与Ф200μm微型孔之间的精密装配实验研究．     

基于视觉反馈的全自动微小型轮式机器人

为实现精密定位与全方位运动,采用两个微型电机对角驱动原理,设计了一种新的全方位微小型轮式移动机器人.利用蓝牙技术在短距离内进行无线数据传输的优点,来实现机器人无缆化、自动化,以及对机器人的运动控制与位置控制.通过实验测试,机器人达到了0.05 mm的运动分辨率.最后采用CCD相机作为测量元件,并利用所建立的实验系统,引导机器人完成了对目标的自动跟踪实验研究.     

大行程两自由度微定位夹持系统的设计与优化

为了实现微操作系统中微夹持器的精密定位,增加其可达定位空间,提出大行程两自由度微定位夹持系统. 基于2移1转(2T1R)型柔性运动副,设计两自由度微定位平台,并将其与微夹持器相结合,设计微定位夹持系统的结构;采用简化的线弹性梁模型建立微定位平台力?位移关系、丢失运动和固有频率的理论模型,并采用欧拉?伯努利梁模型与能量守恒定律建立微夹持器力?位移关系、位移放大倍率和固有频率的理论模型;以提高微定位夹持系统的静、动态性能为目标进行参数优化;通过有限元仿真验证理论模型的正确性,并给出微夹持器的可达定位空间. 结果表明,微定位夹持系统设计具备有效性与可行性.     

基于反射光栅的超精密定位系统研究

应用光学理论研究了一种μm级位移分辨率的反射型双级光栅测量系统,建立了反射莫尔信号与对应位移的数学模型,通过计算机仿真分析了反射莫尔信号的位移特性,进而设计了一套基于反射光栅的精密定位系统。系统取反射的0次激光莫尔信号为控制信号,由微机控制实现高精度位置检测及超精密自动定位;采用的修正莫尔技术,极大地提高了位置检测信号的灵敏度及定位精度;通过粗定位和精定位相结合的两段式复合定位,实现高速高精度定位。实验结果表明,基于反射光栅的精密定位系统可获得±10nm的定位精度。     

基于双目视觉的机器人运动目标检测与定位

针对移动机器人自定位精度低的问题,提出了先由静止的工作机器人进行自定位,再对运动目标进行检测和定位的方法.基于HSV模型颜色特征,工作机器人分割出人工路标并进行自定位,利用帧间差分法将采集到的视频图像序列中相邻两帧作差分运算,提取出运动目标,并通过双目立体视觉视差原理计算出运动目标的绝对坐标,帮助运动目标完成定位.结果表明,该方法定位精度高于传统的移动机器人自定位的定位精度,且算法的实时性好,具有现实的研究意义.     

柔性压电式微位移机构在精密机床定位中的应用研究

研究、设计了一种柔性压电式微定位机构。此机构采用压电陶瓷作为微位移驱动器,柔性铰链为导向机构,对丝杠螺母传动的精密机床工作台的运动位置进行自动补偿,实现了超精密定位。文中对柔性铰链机构进行了合理的设计及参数分析,并应用于精密机床中进行定位精度测试。实测结果表明,采用柔性压电式微位移机对精密机床工作台二次精定位,可使工作台定位精度提高到0.01μm,可满足精密、超精密加工需要。     

蠕动式精密直线驱动器

基于蠕动原理和误差补偿技术,用压电陶瓷作为动力源设计了一种精密直线驱动器。建立了驱动器的动力学模型,并制作了样机。试验表明:在计算机闭环控制下,该驱动器能够可靠地实现双向运动。在行程为1mm时,定位精度达到±0.01μm;有效驱动力为20N。     

微/纳米定位平台的动态特性分析与试验

为了分析微/纳传动平台的动态特性,应用拉格朗日方程,建立5自由度微/纳米定位平台的动力学模型,推导出固有频率及阶跃响应的解析式.采用有限元方法,仿真得到平台的前5阶固有频率和模态阵型.在不同驱动频率和不同加载下,分别进行静、动态试验,结果表明,平台的开环调节时间为0.812s;驱动频率为100Hz时,发生共振现象;加载小于10N时,平台具有较好的稳定性;动态试验得到压电陶瓷、电容传感器和平台的分辨率分别为4、10和45nm,且平台的重复定位精度为0.6μm.     

用压电陶瓷实现精密工件台的微定位控制

以压电陶瓷微位移原理为基础，对精密驱动技术在精密定位工件台上应用作了实验研究，设计了一个包括高压精密可调电源，压电微位移驱动器，作为反馈元件的光栅干涉仪，以及由ＩＢＭＰＣ机和单片机组成的控制系统。     

全向轮式移动机器人的定位导航算法

在全向轮式移动机器人定位及导航算法中,存在特定方向驱动力小且高速走圆弧时超调和打滑的问题,针对此问题,本文进行了研究。首先介绍了全向随动轮定位数学模型及定位标定方法,然后着重分析包括全向轮速度合成、直线导航和圆弧导航在内的全向导航算法,最后分析全向轮式移动机器人定位及导航算法中存在的问题及产生的原因,提出改进算法,并通过实验测试。测试结果表明,适当地选取a值即在两个方向上适当的分配速度能够达到减小超调的目的。     

一种全方位移动机器人的系统设计

针对机器人寻找场地黑色中心区域的任务要求,研制一种四轮驱动全方位移动机器人.依据机器人所需的驱动力,计算驱动电机的功率,并对电机进行选型,分析机器人的转向性能,设计基于ATmega128单片机的控制系统.机器人性能实验结果表明:设计的全方位移动机器人采用前、后轮逆相位转向时,运动稳定性较好,并能够准确地找到目标点.     

差动式三平动柔顺定位平台优化设计及分析

基于差动式杠杆原理设计了一种多级柔顺放大铰链,并通过正交方式装配一种具有三个平动自由度的微定位平台,形成的对称闭环结构具有抗冲击、无累计误差和较好的各向同性的特点。材料采用7075铝合金,堆栈式压电陶瓷作为驱动装置提供输入位移。结合路径搜索法和静力学矩阵法,得出了机构的静力平衡方程和几何变形方程;对结构参数进行了敏感性分析,以位移放大比为目标,对机构中敏感度较高的参数进行了优化;对装配体进行了有限元分析。结果表明,行程可以达到391.42μm,放大倍数为13.05,平台具有较大的位移放大比和良好的定位精度。     

Design of dead reckoning system for mobile robot

A dead reckoning system for a wheeled mobile robot was designed, and the method for robot＇s pose estimation in the 3D environments was presented on the basis of its rigid-body kinematic equations. After analyzing the locomotion architecture of mobile robot and the principle of proprioceptive sensors, the kinematics model of mobile robot was built to realize the relative localization. Considering that the research on dead reckoning of mobile robot was confined to the 2 dimensional planes, the locomotion of mobile robot in the 3 coordinate axis direction was thought over in order to estimate its pose on uneven terrain. Because the computing method in a plane is rather mature, the calculation in height direction is emphatically represented as a key issue. With experimental results obtained by simulation program and robot platform, the position of mobile robot can be reliably estimated and the localization precision can be effectively improved, so the effectiveness of this dead reckoning system is demonstrated.     

一种全方位移动机器人的运动分析与控制实现

为达到在动态环境下,对机器人进行实时控制的目的,提出一种全方位移动机器人运动控制器的设计方法.以足球机器人Robocup作为实验平台,全方位移动机器人作为研究对象,通过研究具有四组正交轮组成的移动机构运动机理,在将机器人运动进行分析的基础上,以数字信号处理器(DSP)为核心,引入专家比例-积分-微分(PID)速度控制器,实现了对机器人的控制.实验结果表明,该设计方法有很好的实时性和一定的鲁棒性,在实际比赛中,实现了对全方位移动机器人的快速、实时、准确控制.     

非平坦地形下移动机器人航迹推测方法研究

精确可靠的航迹推测是实现移动机器人自主导航的一个极为关键的环节.针对一个3 摇杆6驱动轮的移动机器人实验平台,本文提出了其在非平坦地形下的航迹推测方法.通过运动机构的分析,获得了移动机器人自身的位姿及运动参数.基于非平坦地形下运动机构间的刚体约束,建立了机器人的运动学模型.采用编码器、光纤陀螺仪和倾角传感器等测量机器人的动态参数信息,依据其运动学模型实现非平坦地形下的航迹推测、仿真,并分析验证了航迹推测方法的有效性,从而提高了移动机器人自主导航的定位精度.     

非平坦地形下移动机器人航迹推测方法研究

精确可靠的航迹推测是实现移动机器人自主导航的一个极为关键的环节.针对一个3摇杆6驱动轮的移动机器人实验平台,本文提出了其在非平坦地形下的航迹推测方法.通过运动机构的分析,获得了移动机器人自身的位姿及运动参数.基于非平坦地形下运动机构间的刚体约束,建立了机器人的运动学模型.采用编码器、光纤陀螺仪和倾角传感器等测量机器人的动态参数信息,依据其运动学模型实现非平坦地形下的航迹推测、仿真,并分析验证了航迹推测方法的有效性,从而提高了移动机器人自主导航的定位精度.