压电驱动微夹持器特性分析

针对微夹持器的大行程、低耦合等要求,采用桥式机构和杠杆机构设计了一种新型三级放大微夹持器。根据柔性机构学、弹性力学和动力学原理,优化了桥式机构的固定位置提高微夹持器的动态特性,建立了微夹持器的理论位移放大模型、耦合误差模型和动力学模型,获得了微夹持器的输出位移特性与动态特性。应用3D打印和线切割加工技术加工出微夹持器实体,通过理论、仿真和实验数据对比验证了理论模型的正确性,微夹持器的位移放大倍数达到了19. 7倍,固有频率为223 Hz,与实验数据的误差均在10%以内波动,工作行程达到了750μm同时耦合误差仅为工作行程的0. 35%,实现了微夹持器大行程、高精度、低耦合和良好的动态特性。     

基于柔性并联机构的变刚度夹持器设计分析

提出一种新型双夹爪变刚度夹持器,每个夹爪是一个由四根对称旋转柔性支链组成的变刚度柔性并联机构（VSFPM）。夹持器由两个电动机驱动,其中一个宏动电动机用于控制夹爪的开合运动,适应被抓取物体的几何尺寸;另一个微动电动机用于控制柔性支链的旋转角度,以调整夹爪在开合方向的刚度,实现变刚度柔顺抓取,提高对被抓取物体几何形状、材料属性的适应能力。基于刚度投影方法,分析了基于旋转支链柔性并联机构在夹持方向上的变刚度原理;应用基于伴随变换的刚度分析方法,求得了夹爪在任意旋转角度下的刚度模型;通过有限元仿真分析,验证了刚度模型的准确性。此外,有限元分析结果表明,提出的VSFPM机构具有较大的刚度调整范围（0.178~9.663 N/mm）,为变刚度柔性夹持器设计提供了新的思路和方法。     

微夹持器的有限元分析

设计了一种基于柔顺铰链的微夹持器。微夹持器采用柔顺铰链为导向机构,为了提高微夹持器的分辨率,采用两级杠杆柔顺机构对输入位移进行放大。建立了系统的理论分析模型,并对其静态特性进行了分析。在此基础上对平台尺寸进行了优化设计,给出了平台尺寸的最优数值结果。最后利用有限元分析软件COSMOS对平台进行静力分析和模态分析,验证设计的正确性和有效性。     

基于COMSOL的SMA-电机复合驱动夹持器仿真分析

针对机器人末端执行器的位置精度控制要求,设计基于形状记忆合金和电机复合驱动的夹持器及其结构,建立电机和形状记忆合金的本构模型,利用COMSOL软件研究电机驱动和形状记忆合金相变对夹持手指位移的影响.仿真结果表明:采用复合驱动的夹持器,发挥了电机和形状记忆合金的优点,实现了机器人末端执行器的精准位置控制.     

基于Kriging模型的微夹持器优化设计

为了综合平衡一种新型微夹持器的张合量、夹持力灵敏度与快速响应,提出一种Kriging模型的优化方法。采用拉丁超立方抽样方法确定试验点,采用ANSYS计算各试验点对应的响应值。进行相关性分析以确定对性能影响较大的结构参数,并将其作为优化设计变量。采用Kriging理论建立能反映性能指标与设计变量之间关系的非线性模型,并建立多目标优化模型。比较分析优化前与优化后的各性能指标可知,放大倍数增大了7.4%,固有频率增大了16.46%,输出刚度增大了9.84%,最大应力减小了5.75%,说明所提出的性能优化方法有效。     

直线超声电机驱动的并联微夹持器的振动控制

针对直线超声电机驱动的并联微夹持器手指的振动问题,提出了一种基于状态反馈的主动控制方法来抑制微夹持器手指的振动,提高了微夹持器的稳定性.首先,利用有限单元法建立了微夹持器系统中圆盘与活动手指的动力学模型,并推导其状态方程;其次,分析该振动系统的能控性和稳定性,采用极点配置法得到状态反馈矩阵,设计了振动反馈控制律,通过S...     

基于MEMS机构装配的微夹持器研究

微夹持器作为末端执行装置,直接决定了微装配的效率。MEMS机构中包含许多微小的活动部件和功能元件,为实现这些微小器件的稳定夹取和自动装配,设计了一种采用压电陶瓷驱动、基于柔性铰链的二级放大微夹持器结构。对该微夹持器的节点应力、刚度及最大张合量等进行了分析计算,并对微夹持器进行了试制。实验与分析结果表明,该夹持器最大张合量是245μm,放大倍数约为12.3倍,满足MEMS机构的装配要求。在此基础上,重点对张合量与夹持力进行了系统测试,通过对测试数据的非线性回归,推导出99.99%可靠度的驱动电压计算公式,实现了微夹持的精确控制。     

电热微夹持器微尺度传热分析与优化设计

针对电热平行梁微夹持器存在的末端夹指高温问题,首先,对电热微夹持器的传热机理进行分析,结合实验得到微尺度下的拟合传热参数;其次,对传统的电热微夹持器末端夹指设计了S型梁散热结构,使用显微红外分析仪对微夹持器对优化效果进行表征;最后,通过微球夹持实验验证了优化设计的可靠性。结果表明,空气自然对流换热系数可达到宏观状态下的60~300倍,在此数据基础上进行的优化设计可以使末端夹指温度降低约45%。该优化方案对其他材料或结构的电热微夹持器也具有一定的通用性。     

基于综合权重分析的柔性微夹持器可靠性分配方法

针对柔性微夹持器在复杂工况下可靠性降低等问题,提出了一种基于综合权重分析的可靠性分配方法。该方法以模糊层次分析法为基础结合熵权分析和博弈理论计算出关键部位的综合权重,进行可靠性分配,得出系统的整体可靠度的分配方案。结果表明该方法具有较好的实用性,为柔性微夹持器的设计提供了一定的依据。     

基于综合权重分析的柔性微夹持器可靠性分配方法CSCD

针对柔性微夹持器在复杂工况下可靠性降低等问题,提出了一种基于综合权重分析的可靠性分配方法。该方法以模糊层次分析法为基础结合熵权分析和博弈理论计算出关键部位的综合权重,进行可靠性分配,得出系统的整体可靠度的分配方案。结果表明该方法具有较好的实用性,为柔性微夹持器的设计提供了一定的依据。     

复合式MEMS微夹持器的研制

为实现对亚毫米微小构件稳定夹取及可靠释放等操作,研制了一种复合式微夹持器.采用有限元软件分析了微夹持器的机构及动力特性.应用MEMS体硅工艺将静电梳齿驱动与气动吸放集成构成复合式驱动,气动吸放的引入改善了微夹持器的操作性能,S形柔性梁结构的设计将梳齿驱动的直线运动转化成末端夹爪的转动实现了夹持操作.两种不同尺寸的微夹持器,有效扩展了微夹持器的夹持范围.根据微夹持器的操作控制需求,设计了微夹持器静电驱动控制系统以及气压控制系统.在80 V的驱动电压下,微夹持器末端夹爪位移可达25 μm.针对100～200 μm的小球进行了微操作实验,实验结果表明,静电梳齿驱动结合真空吸附能够使夹取操作更加稳定,基于闭环控制的气路正压力能有效克服小球与夹爪之间的粘附力,实现可靠的释放操作.微夹持器基本满足100～200 μm微小构件的操作需求.     

电磁驱动式微小夹持器的研制

概述了集成化微小夹持器的研制现状,介绍了电磁驱动式斜楔机构微小夹持器的结构设计、实验以及关键零件的确定.     

电热微夹持器的结构设计与数值仿真分析

微型机械电子系统(MEMS)是近年来研究的热点,其中微夹持器的研究受到越来越多的关注.文中采用有限元软件ANSYS时平行梁结构电热微夹持器进行了数值仿真分析,模拟出微夹持器的输出位移、末端刚度、夹持力与响应时间等性能参数随结构尺寸的变化情况,并对仿真的结果进行了讨论.     

天线驱动系统的刚度分析

从理论入手，对实践中获得的多种畸变刚度曲线进行了分析，逐一推导了造成刚度曲线畸变的原因，判定了在天线驱动系统中的具体结构和在何位置引起了刚度曲线的畸变，提出了一些解决问题的办法，为解决天线驱动系统中刚度曲线的畸变问题奠定了一定基础。     

基于柔性铰链的二级放大微夹持器的研究

微夹持器是微装配系统的关键部件,设计了一种以柔性铰链为基础的二级位移放大机构的夹持器,该夹持器由压电陶瓷驱动。计算了夹持器的放大倍数和柔性铰链的节点应力,并对夹持器的最大张合量、放大倍数、夹持力和刚度进行有限元仿真分析。分析结果表明:夹持器的结构设计满足实际应用要求,对实现微小零件的自动装配有实际意义。     

基于体硅工艺的静电致动微夹持器制作工艺分析

介绍了一种基于体硅工艺的大尺寸、大深宽比梳状静电致动微夹持器的制作工艺。对微夹持器制作中的关键工艺进行分析,重点分析ICP蚀刻工艺的蚀刻时间对结构的影响,总结导致器件失效的原因,探讨了减少失效的方法。加工过程中采用分步加工的办法控制蚀刻时间,成功的释放了宽6μm,厚60μm,等效长度达5470μm的悬臂梁型微夹持臂。研制出一种良好性能的具有S形柔性结构夹持臂的梳状静电致动微夹持器。     

新型悬丝约束支撑微纳测头的变刚度特性分析

针对传统微纳测量装置在测量过程中测头支撑机构刚度不可变化的问题,设计了一种基于悬丝约束支撑的变刚度微纳测头。利用压电装置驱动柔顺导向机构产生位移,以改变悬丝所受的轴向张紧力。基于应力刚化原理改变悬丝的横向刚度,进而改变测头支撑机构的整体刚度,以获得具有变刚度性能的新型微纳测头。根据测头支撑机构在测量过程中刚度的变化,分别建立刚性和柔性模式下微纳测头Z向和横向的刚度理论模型。根据有限元仿真和刚度理论模型,分别得到测头刚度随悬丝端面受力的变化曲线。对比测头刚度的仿真值和理论值,得到测头Z向和横向刚度的平均相对误差分别为2.41%和4.72%,结果表明理论模型具有较高的准确性。研究成果为该类型测头的变刚度控制奠定了前期理论基础。     

新型空间大行程微夹持器的设计与分析

针对传统微夹持器夹持范围小、易对物体造成损伤等不足,基于桥式放大机构和杠杆原理设计了一种新型微夹持器.该微夹持器不仅能完成对不同尺寸大小微物体的微夹持操作,还能避免在微夹持操作过程中对微小物体造成损伤或脱落,以及适应不规则微小物体的夹持操作.阐明了夹持器的结构设计原理,根据微夹持臂的工作原理建立了数学模型,计算了微夹持...     

微尺度缝针自动夹持器的设计

根据角膜缝合手术的特点,并结合微尺度缝针自动夹持器的技术要求,文中对一种自动夹持器的结构进行了设计。通过赫兹理论讨论了两圆柱体间的接触问题,并利用有限元分析方法对夹持器模型进行了分析,取得了缝针在不发生塑性变形条件下,夹持器直线运动关节的极限位移,为夹持器的控制提供了依据。最后进行了夹持器夹持缝针的试验,试验结果验证了这种夹持器的可行性和实用性。