基于MATLAB的新型并行结构纳米机器人运动空间的分析

对微动机器人的工作空间的分析一直是机器人研究中关键技术之一。该文结合一种新型的三维整体式纳米机器人,对其进行了运动学分析。根据纳米机器人驱动源许用电压,利用MATLAB软件进行编程,从而精确计算出该微动机器人的工作空间。     

多自由度压电纳米定位平台控制技术研究现状

介绍了压电驱动的工作原理、压电材料的非线性特性以及压电定位平台的直接驱动方式,分别阐述了串联、并联和串并联三种驱动方案的多自由度压电定位平台的结构设计以及解耦优化方式。重点分析了多自由度纳米压电定位平台控制系统需要解决的压电驱动器的非线性特性、交叉耦合等问题,提出应根据多自由度压电定位平台不同的结构和运动形式选定合适的控制策略。最后总结了适用于多自由度压电定位平台的控制算法,有助于研究者了解压电纳米定位平台领域的最新进展,为压电纳米定位平台控制技术研究提供借鉴。     

一种新的大行程垂直纳米运动工作台设计与控制研究

在大行程高精度垂直运动中,工作台的设计及稳定控制是关键因素。因此设计一种新型的具有平衡机构的工作台,以实现垂直方向上大行程纳米稳定运动。所研究工作台采用N331压电直线电机独立驱动,通过空气静态导轨悬浮,设计Z轴平衡系统降低垂直向电机驱动负载。利用步进控制方式完成大行程驱动,模拟方式实现微位移精密驱动控制。所提出的驱动与控制策略,可实现100 mm垂直方向上高精度快速精密驱动。另Z向也可实现纳米步进模式与模拟模式的复合控制。在全行程100 mm的范围内定位波动可限制在±9 nm内。通过验证实验,本运动工作台可适用于微纳米三坐标测量机、微光刻和微加工应用的驱动与控制任务。     

传统控制器实现有摩擦系统的大行程纳米定位

对于“伺服电机＋滚珠丝杠”驱动机构,摩擦、饱和和高频振动等非线性因素是实现大行程无超调高精度点位（PTP）控制的主要障碍．针对这种驱动系统,在根据刚体动力学计算得到的线性传递函数的基础上,设计了高增益PID闭环控制系统和输入滤波器来实现大行程的纳米定位．配置闭环控制系统的极点为负实轴上的多重极点．避免了摩擦力补偿和双模控制策略的使用．为了避免驱动器饱和所导致的闭环系统响应超调现象,基于数字低通滤波器设计了闭环输入信号．实验结果表明,该定位系统可以实现大行程无超调纳米精度点位控制,10nm-100mm定位响应的稳态误差不超过±5nm．     

一种并联微动工作台柔性机构的理论设计方法

文章分析一种平面3RRR并联微动台的理论设计方法,利用微动台的运动范围、分辨力,柔性铰链的转动刚度、许用应力等设计指标,讨论了柔性机构各尺寸与这些设计指标之间的关系,在充分发挥压电陶瓷和并联机器人原理的优势上,初步完成了整个柔性机构的构建,为之后的进一步优化创造了条件.     

基于压电陶瓷驱动的精密定位平台研究

设计了一种基于压电陶瓷驱动的整体式柔顺精密定位平台. 建立了柔性铰链的刚度矩阵,给出了平台的理论分析模型;利用模糊自整定 PID 控制算法对压电陶瓷驱动器进行了闭环控制,提高了驱动器的输出位移精度;提出了一种实验修正方法,提高了平台的定位精度. 实验结果表明,平台具有亚微米级的定位精度以及良好的动态特性.     

正交簧片型大行程柔性球铰设计及柔度分析

传统缺口型柔性球铰的工作行程较小,且存在结构构型及柔度计算复杂、加工工艺要求高等问题,不能应用于需大行程的场合。为此,设计了一种正交簧片型大行程柔性球铰,即将具有较大变形能力的簧片梁通过正交组合形成虎克铰,使其能够实现3个功能轴线方向的运动。该柔性球铰具有结构构型简单、加工制作容易和工作行程较大等优点。根据柔性球铰单个簧片梁的柔度矩阵及连接方式,采用柔度矩阵法和坐标变换方法,对柔性球铰的全局柔度矩阵进行建模和计算,通过有限元仿真和实验测试对所建立的柔度模型进行验证,并分析了柔性球铰几何参数对柔度的影响规律。结果表明：柔度理论计算值与仿真值的相对误差基本在10%以内,与测试值的相对误差在8%以内;几何参数对柔度影响程度从大到小依次是柔性簧片梁2的厚度、宽度、长度。研究结果可以为大行程空间柔顺机构的多样化设计提供参考。     

新型纳米分辨率位移定位平移台的研制

为克服已有压电驱动器存在的结构及控制系统复杂、定位行程小等缺陷,利用压电陶瓷的逆压电效应设计并制作了一种新型的压电纳米步进驱动器,建立光栅测试系统对这种压电驱动器的动态性能进行了测试.将压电纳米步进驱动器与电磁伺服马达耦合,设计新颖驱动结构,利用微机通过步进运动控制卡统一控制,实现大范围一维纳米分辨率位移定位.系统样机解决了所研制压电纳米步进驱动器双向运动、实用定位等问题.位移定位分辨率为50 nm,定位行程为100mm,纳米分辨率定位最大速度为0.6 mm/s.     

一种微小物体精密定位的直线微工作台

提出了一种基于平滑冲击驱动原理的精密定位直线微工作台.通过采用微小强磁铁作为摩擦元件,减小了由摩擦元件磨损而产生的摩擦力的变化,从而提高了微工作台的稳定性.设计制作了微工作台样机,并对精密定位工作台的动态特性和静态特性进行了实验研究.结果表明,微工作台体积小(20mm×10 mm×3 mm),可实现6 nm的精确定位,最高驱动速度可达5.4 mm/s,最大行程可达20 mm.     

用于双探针原子力显微镜的定位平台的设计及实验验证

针对双探针原子力显微镜的需求,设计了一种提供精确位移的大行程定位平台。采用柔性铰链和压电陶瓷致动器分别作为定位平台的导向机构和驱动机构。在 X、Y和Z轴运动方向通过并联机构实现独立位移。对定位平台进行数学建模,分析和计算定位平台的工作刚度和固有频率,并进行了有限元仿真分析。以电容传感器作为位移测量单元构建了定位平台实验装置,并进行了实验验证。实验结果表明:定位平台在X与Y轴方向上拥有 110μm 的行程,分辨率为5nm,在Z轴方向上拥有45μm的行程,分辨率为5nm。     

Hierarchical Synergistic Structure for High Resolution Strain Sensor with Wide Working Range

Strain sensors have been attracting tremendous attention for the promising application of wearable devices in recent years. However, the trade-off between high resolution, high sensitivity, and broad detection range is a great challenge for the application of strain sensors. Herein, a novel design of hierarchical synergistic structure (HSS) of Au micro cracks and carbon black (CB) nanoparticles is reported to overcome this challenge. The strain sensor based on the designed HSS exhibit high sensitivity (GF > 2400), high strain resolution (0.2%) even under large loading strain, broad detection range (>40%), outstanding stability (>12000 cycles), and fast response speed simultaneously. Further, the experiments and simulation results demonstrate that the carbon black layer greatly changed the morphology of Au micro-cracks, forming a hierarchical structure of micro-scale Au cracks and nano-scale carbon black particles, thus enabling synergistic effect and the double conductive network of Au micro-cracks and CB nanoparticles. Based on the excellent performance, the sensor is successfully applied to monitoring tiny signals of the carotid pulse during body movement, which illustrates the great potential in the application of health monitoring, human-machine interface, human motion detection, and electronic skin.     

一种摆式大量程加速度计的设计

介绍了一种摆式大量程加速度计的工作原理.基于经典控制理论完成了加速度计各环节数学模型的建立,对加速度计悬丝支承、力矩器、位移传感器、伺服电路等部件进行了说明,阐述了该大量程加速度计的技术特点.     

大行程高精度宏/微双重驱动机器人系统的研究

研究了具有宏／微双重驱动定位工作台的控制技术。该工作台采用直线电机进行大行程位移驱动,来保证较大的工作行程和较快的响应速度,采用压电陶瓷微位移器完成精密位移驱动,利用光栅尺实现闭环位移反馈,可以实现lOOmm的工作行程,10nm的重复定位精度。     

整体式挠性接头刚度测量系统设计

动力协调陀螺仪中的整体式挠性接头存在加工精度难以保证和刚度测量困难等技术难点.而挠性接头的性能好坏又将直接影响到航空航天设备的性能,因此提高挠性接头的高精度检测十分重要.本文介绍了所研制开发的一套高精度整体式挠性接头测试装置.     

高分辨率长波红外连续变焦光学系统设计

针对高分辨率640×512元非制冷探测器,设计了一款6×长波红外连续变焦光学系统。该系统由6片透镜构成,工作波长为8~12μm,F数为1~1.1。根据变焦光学系统设计理论,确定了系统的机械补偿式变焦结构并构建了初始结构;对该系统的光学结构参数及凸轮变焦曲线进行了设计和优化。像质评价结果表明该系统在20~120mm焦距范围上实现了连续平滑变焦;在30 lp/mm空间频率处,全焦距范围调制传递函数值大于0.45,接近衍射极限;全焦距范围各视场弥散斑均方根半径小于6.3μm,远小于像元尺寸17μm。实验证明该系统具有高分辨率、高变倍比、大光圈、大视场范围的特点,且像面稳定,变焦平滑,结构紧凑合理,成本相对较低。     

采煤机大倾角爬坡试验行走曲线的设计与运动分析

为了解决采煤机在煤层倾角大于20°的工作面采煤工作时经常出现牵引力不足,制动效果不好,采煤机在停机和开机时溜坡下滑等问题,太重煤机有限公司自主设计、建造了大功率采煤机爬坡试验设施用于大功率大倾角采煤机爬坡试验基地。本文主针对采煤机爬坡试验行走曲线和采煤机制动器失效后的运动分析及试验安全防范方面的问题进行了一些论证和探讨。     

高分辨率数字成像技术及其在遥感中的应用

高分辨率技术对于数字图像特征非常重要。尤其近20年来,数字成像技术大大推动了空间信息领域的发展。随着遥感应用需求的增加,获取高分辨率图像的任务非常紧迫。为了达到这个目标,我们的工作从四方面展开,分别是:空间分辨率、时间分辨率、光谱分辨率和辐射分辨率。根据不同的分辨率提出不同的成像方式,并设计了相应的原型系统。在此基础上,进行了大量的实验来验证各个成像方式的可行性。     

一种大量程高精度激光测距仪实现方案

本文介绍了一种连续波相位式激光测距仪的实现方案 ,着眼于系统的集成化和小型化 ,应用了直接数字频率合成 (DDS)技术和可编程ASIC技术 ,解决了激光测距中大量程与高精度这对矛盾 ,具有广阔的应用前景     

基于HY-2高度计波形数据的高分辨率有效波高反演算法研究

有效波高是描述海况的重要参量之一,利用高度计遥感获取有效波高已在海洋研究中获得广泛应用。本文基于海洋二号(HY-2)卫星高度计波形数据,发展了一种高分辨率有效波高反演算法,采用中误差对反演得到的20 Hz有效波高进行筛选,有效提高了测量精度。通过该方法对1个轨的波形数据进行有效波高反演,统计结果表明:与针对1 s回波反演的有效波高比较,利用该方法可将有效波高观测分辨率提高约15倍,精度约为0.44 m;利用HY-2高度计20 Hz波形数据反演的有效波高精度可靠,可用其进行高分辨率的相关海洋研究。