分子动力学在微/纳尺度接触问题上的应用

在广泛阅读国内外文献基础上,叙述了分子动力学(Molecular Dynamics,MD)模拟法的基本思想和步骤,对MD法在微/纳尺度接触问题的应用进行了综述.最后,指出MD法在研究微/纳尺度接触问题的局限性,提出一种更为精确的研究微/纳尺度接触问题的方法——多尺度耦合法.     

基于柔性可控气液界面的微尺度执行器

为了在微尺度范围内实现对目标对象进行柔性施力、推拉等一系列微纳操作,提出一种通过生成控制单个微尺度气泡直接与目标对象进行微纳操作的方法.当用气泡作为执行器对目标对象施力时,由于气体的可压缩性,气泡会被挤压变形,实现了柔性施力的过程.首先通过毛细管连接气泵的方式在液体环境下生成单个微尺度气泡,并定性分析气压法生成控制气泡...     

调控纳微尺度分子组装的装置

分子间电子云共享机制决定分子间作用力强弱（化学键形成与否）。据此原理,设计研制了能对纳微尺度分子组装过程进行调控的新型仪器装置。创新性的将激光粒度分析、高速成像系统等可视化监测手段集成到该仪器装置中,实现电极化反应及产物形成过程的实时在线监测,记录去溶剂化过程的特征。研究分子的本质属性（如分子结构、极性、挥发性、电负性）、共存基体（如溶剂、其它共存物质）、环境参数（如温度、压力、距离、电场）对不同粒子（如中性分子、正离子、负离子）组装过程的影响及能量相关的动力学过程。目前,已实现了极稀NaCl溶液快速可控结晶、纳米金形貌尺寸调控、Pd/TiO₂等纳米线阵列及ZnFe₂O₄等薄膜的制备,在无机功能材料的结构合成与制备中展示了良好的发展前景。     

微纳尺度材料内耗测量系统的设计与实现

提出了一种非接触式的内耗测量方法。通过对碳纤维材料试样进行交变静电激发,在显微系统下记录强迫振动过程的高帧率图像,完成了微纳尺度材料内耗测量系统的设计。实验结果表明该系统能实现低频和高频内耗的非接触式测量,测量频率范围大,系统扩展性强。     

微/纳尺度Cu-Sn界面冶金行为研究进展

随着电子芯片封装尺度高度集成化和功能化,对芯片互连结构的性能需求越来越高.而三维封装互连结构是实现多芯片间系统集成的关键技术之一,微/纳尺度Cu-Sn互连结构是实现三维封装互连的重要方向.重点阐述了电子封装中Cu-Sn互连结构值得关注的几种界面动力学行为,分别为固-液界面Cu6Sn5的生长;Cu-Sn界面层状IMCs固...     

基于阻抗模型的不确定环境下微纳操作力跟踪控制策略研究

微机电系统在生物医学领域具有巨大的应用潜力,以压电陶瓷为基础设计的压电驱动系统在微纳操作高精度控制领域发挥着重要作用。在各领域的实际应用中,微操系统与环境的交互一直是研究的热门方向。由于微尺度下跟踪力误差相比宏观尺度下更不可忽略,因此微操作臂与环境接触力的精准控制是提高微操作准确度的关键。为此本文提出一种力跟踪阻抗控制策略,能够在操作过程中实现对接触力的精确跟踪。考虑到阻抗模型对环境参数要求较高,本文提出了扩展卡尔曼滤波器对外部环境参数进行在线估计的方法。实验结果表明,所提控制方法能够成功实现微操作臂-环境交互模型的力跟踪控制并且有良好的跟踪精度,力跟踪平均绝对误差为7.82 mN,均方根误差为10.16 mN,因此该方法对不确定性环境下接触力的精确跟踪具有可行性。     

基于单频激光干涉仪的精密工件台定位系统设计

激光干涉仪是以稳频氦氖激光波长为已知长度,利用迈克耳逊干涉系统测量位移的工具。近年来,激光干涉仪一直作为精密测量工具为精密加工机和工件台进行定位校准工作。本文介绍了一种基于单频激光干涉仪的精密工件台测量定位系统。本定位系统采用单频激光干涉仪作为精密测量工具,采用高档8位单片机作为数据处理微控单元,并基于VC＋＋语言编写相关控制软件。实际应用证明本系统定位速度快,精度高,理论上最小分辨率为58．6pm。     

柔顺精密定位与操作机构研究进展

柔顺机构是一种利用柔顺元件的弹性变形来传递或转换运动、力或能量的新型机构。与传统的刚性机构相比,柔顺机构具有高精度、无间隙、无摩擦磨损、免装配及易于小型化等特点,是机构学研究领域的一个重要分支。以精密定位和精密操作两类代表性的柔顺机构为研究对象,从分析与设计、传感与控制等方面介绍了该领域国内外的研究现状、存在的主要问题和发展趋势。     

基于计算机微视觉的鲁棒多尺度平面微运动测量

提出一种将计算机微视觉与鲁棒多尺度运动估计算法相结合的测量微运动的方法.设计一种用于微运动测量的鲁棒多尺度运动估计算法.在该算法中,根据滤波器的不同特性,在多尺度金字塔的不同尺度层采用不同的滤波器估计运动.这种分层估计的方法不但可以提高测量精度,而且可以加快测量速度.分析计算机微视觉测量系统的组成,并对设计的微视觉测量系统进行标定.以精密定位平台为测量对象,采用计算机微视觉与鲁棒多尺度运动估计算法相结合的方法测量了精密定位平台的平面微运动.该方法用于测量2 000 nm左右的微运动时,最大测量偏差达到了12.5 nm.试验结果表明,这种将计算机微视觉与鲁棒多尺度运动估计算法相结合的方法能够实现高精度的平面微运动测量.     

中国微纳制造研究进展

介绍了中国微纳制造领域的总体概况。从微构件力学性能、微纳摩擦磨损及粘附行为研究、典型微流体器件输运特性研究、拓扑优化技术在微纳结构设计中的应用研究、微传热学的研究和微测试方法和装置的研究具体介绍了微纳制造基础理论方面取得的进展。从设计方法、硅基微机电系统(Micro electro mechanical system,MEMS)制造工艺、非硅MEMS制造工艺等方面介绍了微系统设计与加工工艺研究进展。从物理量微传感器、微执行器件与系统、微纳生化传感与分析和微能源等方面介绍了微纳器件与微纳系统的研究进展,最后对中国微纳制造发展进行了总结和展望。     

一种简单的微球姿态操作模型

分析了在操作环境中微球受力的情况，并结合Hertz接触理论，建立了微球姿态操作的力学模型和数学模型；对模型求解，得出了对微球姿态操作所需的操作力和操作角之间的关系，分析了考虑范德华力和忽略范德华力时的不同，说明了范德华力在微球姿态操作中的重要影响，为进一步试验研究提供了相应的依据。     

考虑接触运动的机器人协调操作的研究

在接触运动方程的基础上 ,应用旋量理论和微分几何等新概念、新方法 ,建立指端与被操作物体间具有接触相对运动的空间软指刚性冗余度机器人协调操作的动力学模型并进行了最小关节力矩的轨迹规划 ;然后通过仿真计算与硬点接触模型进行了比较分析 ,仿真结果表明 ,系统模型更加适用于低速、小位移的精细操作     

基于单片机的电子秤系统设计

采用PE-2型压力传感器,以单片机STC89C51RD为核心, 液晶LCD1602为显示模块,设计了一种便携式电子秤。PE-2传感器采集的数据送24位AD转换芯片HX711,转换后的数据送到单片机STC89C51RD处理,并由LCD1602显示。软件采用功能模块化设计,通过主程序调用子程序实现各功能。     

基于嵌入式系统的智能机械臂控制系统设计

通过采用ARM9微处理器和Windows CE.NET嵌入式操作系统,设计了一套嵌入式智能机械臂控制系统.为了满足系统的便携性要求,将该系统分为移动控制终端和机械臂控制端两部分,模块之间通过nRF24L01实现高速无线数据传输.该控制系统的应用软件和无线模块驱动程序都是基于Windows CE.NET的嵌入式操作系统开...     

挂板式叉车秤设计原理与应用

通过力学分析,阐述了挂板式叉车秤的称重实现原理。提出两种类型的角差调节方法,详述了称重标定过程中的步骤和注意事项。最后对该设备运用于物流和仓储行业良好的市场前景进行了展望。     

基于光诱导介电泳的单粒子操纵技术

在综合分析当前生物粒子微操纵技术的基础上,设计一种基于光诱导介电泳技术的微操纵芯片,并完成芯片关键部件——光电导薄膜的加工。在准静态电场条件下,对光斑操纵模式进行建模仿真,光斑光强服从高斯分布,光斑尺寸直接影响电场平方梯度的分布,随着光斑尺寸缩小电场平方的x向梯度峰值增大,而随着高度升高电场平方的x向梯度峰值急剧减小。最后通过光诱导介电泳测试平台对单粒子操纵性能进行试验验证。试验结果表明,在去离子水中,当电压峰—峰值为20 V,频率1 MHz时,粒子受负介电泳作用而远离光斑,并且在光斑模式下直径50μm的粒子移动的最大速度可达45μm/s;而在环型虚拟电极模式下能有效控制单粒子运动方向。     

基于FPGA的汽车衡称重数据远程采集系统设计

针对汽车衡数据管理系统对采样精度、传输方式及功能扩展等要求,设计了基于FPGA的汽车衡称重数据远程采集系统.该系统利用XC2S30型FPGA作为智能控制器,根据道闸、红外定位、信号灯等模块逻辑时序控制24位高精度AD7787芯片采集称重数据,并通过GSM模块MC35i远程发送至管理中心.该系统精度高、易移植,具有较好的实用价值和应用前景.     

基于OpenGL的四关节机械手运动仿真系统设计

针对不易直观验证机械手逆运动学的正确性和运动路径规划的优劣性的问题,设计了一套四关节机械手运动仿真系统。在集成了OpenGL图形标准库的Visual C＋＋6.0开发平台中,采用MVC程序设计构架,首先基于四关节机械手的D-H参数建立仿真模型,然后根据运动仿真系统的功能需求设计用户界面,最后用逆运动学和运动路径规划算法控制用户界面状态显示,从而达到直观比较算法可行性和优劣性的目的。     

基于PLC控制系统的气动机械手设计

气动机械手具有成本低廉、结构简单、抗干扰性强等特点,已经应用于各种生产环境。本文介绍了气动机械手工作原理以及外部接线,重点介绍了气动机械手中的PLC控制系统的设计。