摘要：A design and optimization approach of dynamic and control performance for a two-DOF planar manipulator was *** the kinematic and dynamic analysis,several advantages of the mechanism were illustrated,which made it possible to obtain good dynamic and control performances just through mechanism *** on the idea of design for control(DFC),a novel kind of multi-objective optimization model was *** were three optimization objectives:the index of inertia,the index describing the dynamic coupling effects and the global condition *** indexes to characterize the designing requirements such as the velocity of end-effector,the workspace size,and the first mode natural frequency were regarded as the *** cross-section area and length of the linkages were chosen as the design ***-II algorithm was introduced to solve this complex multi-objective optimization *** criteria from engineering experience were incorporated into the selecting of final parameters among the obtained Pareto solution ***,experiments were performed to validate the linear dynamic structure and control performances of the optimized mechanisms.A new expression for measuring the dynamic coupling degree with clear physical meaning was *** results show that the optimized mechanism has an approximate decoupled dynamics structure,and each active joint can be regarded as a linear SISO *** control performances of the linear and nonlinear controllers were also *** can be concluded that the optimized mechanism can achieve good control performance only using a linear controller.

摘要：提出了一种新型2-自由度(2-DOF)高速高精度平面并联定位机构。首先考虑机构的运动学性能,基于雅可比条件数进行了机构构型的优化设计,并以全局性能指数为目标,得到了机构的最佳工作空间位置及形状;然后提出一种用于高速度和高精度机构的优化目标函数,进行了机构的结构尺寸参数优化。仿真结果显示,优化设计后的机构可实现高速高精度,具有较好的运动学性能。这种优化设计方法对此类结构的设计具有指导意义。

摘要：设计了一种以平行板铰链机构进行导向,以桥式机构进行位移放大的新型压电陶瓷驱动微定位平台。应用弹性力学和材料力学理论建立该平台的桥式放大机构和平行板铰链机构的理论模型,分析了平台的驱动力、输出位移、刚度和固有频率,并运用Matlab软件优化了桥式机构铰链长度、厚度,平行板铰链长度及厚度等几何参数,获得了微定位平台的最优值。对优化后的结果进行了有限元仿真,并搭建了测试系统对平台性能进行了测试。测试结果显示,理论分析与实验结果的最大误差为9.8%,有限元分析与实验结果的最大误差为4.2%,得到的结果验证了理论分析和有限元分析的正确性,实现了平台体积小,放大倍数高,位移输出大的设计目标。

摘要：提出了一种过程中采用的新型三支链六自由度并联微动机器人结构。采用两端分别带有柔性球铰和柔性旋转铰的支杆以简化结构,整体加工包含三个二自由度单元的基平台来有效减小装配误差,并用压电陶瓷驱动弹性平板获得高分辨率高精度。根据运动影响系数理论对其运动学进行分析,求出了其平动台、支杆和柔性铰链的速度表达式。考虑柔性铰链的弹性变形,基于虚功原理建立了其刚度模型。分析了此类并联微动机器人的设计目标和柔性铰链设计原则,采用模块化精密定位控制器设计了控制系统。实验结果表明,所设计的微动机器人可达到纳米级精度,简化了六支链六自由度并联微动机器人的复杂结构,减小了装配误差。

摘要：针对目前单极板数字微流控芯片驱动液滴的效果多通过数值仿真方法验证而缺乏实验支持,本文提出将单极板结构中的零电极进行悬空设计,并通过实验对比分析了设计的悬空零电极单极板结构的芯片和传统双极板结构的芯片对液滴的驱动效果。首先,基于介电湿润原理,推导出传统双极板结构中液滴所受到的介电驱动力以及每个阻力,接着,对文中设计的悬空零电极结构的单极板数字微流控芯片中液滴的受力情况进行分析。然后,对比分析两种结构的数字微流控芯片中液滴的受力情况。最后,对两种结构的数字微流控芯片驱动去离子水微液滴的效果进行试验验证。实验结果显示:驱动同等体积大小的微液滴时,本文设计制作的悬空零电极单极板芯片比双极板结构的芯片所需的电压更低,液滴的运动速度更快;当有效驱动电压达到44V时,液滴的速度可以达到15cm/s。得到的实验结果证明了在单极板悬空零电极结构的数字微流控芯片上液滴驱动速度更高,驱动电压更低。

摘要：研究开发了一种用于光学调整的二维压电驱动的纳米级微动工作台,建立了工作台的力学模型,并利用结构力学理论推导出工作台沿X、Y方向刚度及前二阶固有频率的解析式。通过微动工作台固有频率及沿X、Y方向刚度的实验测试,验证了解析方法和有限元方法用于微动工作台设计分析的可行性。有限元分析结果表明,可通过改变直角平板柔性铰链的特征参数,达到控制和优化工作台固有频率、输出位移、应力分布及驱动力响应的目的,并提出一种初选微动工作台柔性铰链参数的简易方法。

摘要：为了提高微小型移动机器人作业能力,提出了一种新型移动式自重构机器人。机器人包含若干可独立执行任务的移动子机器人,单元子机器人由若干模块化组件(中央处理模块、通信模块、驱动模块、弯举模块、超声模块、视觉模块等)构成,并可通过展开结构进行简单变形以增强自身机动性能与越障能力。多个子机器人可以在微型CMOS相机及其它传感器协作下自主对接为整体机器人,并可自重构为蛇形、环形等构形完成越障。在任务完成后,各子机器人可以彼此脱离,形成分布式机器人系统。为实现机器人微小型化,在模块化设计过程中大量采用了紧凑机械结构,设计了基于微型CMOS数字相机的嵌入式图像处理模块用于视觉自重构,以及基于ARM、FPGA的嵌入式中央控制器进行低能耗高效率的全局控制。单元机器人通过了完整的功能测试,在两个单元机器人中心线夹角为30°的情况下,完成对接耗时为15s,满足机器人自重构要求。

摘要：基于机构、驱动、检测一体化的思想,研制出了压电陶瓷驱动的6自由度集成式并联微动机器人,对该机器人的机构、驱动、检测、控制及误差补偿方法进行了研究。采用6自由度(6-SPS)并联结构设计了微动并联机器人的构型,对结构参数进行了优化,并进行了运动空间分析和刚度分析。基于模块化设计思想将压电陶瓷驱动电源、微位移传感器检测电路、中央控制器组合在一起,通过自定义的内部总线相连构成了并联机器人的驱动和控制系统。最后,给出了该机器人位姿测量方法,并分别在压电陶瓷的开环与闭环控制状态下进行位姿测量,进而实现误差补偿。实验结果表明:该并联微动机器人可实现10 nm平动重复定位精度;0.0001°转动重复定位精度;具有定位精度和可靠性高,使用灵活方便的特点,满足多自由度精密定位的要求。

摘要：针对目前水质参数传感器测量功能单一,且受环境温度影响大等问题,提出了一种具有温度补偿功能的多参数水质传感器芯片。该传感器芯片是使用微机电系统(MEMS)技术制造的,芯片表面集成了pH传感器、DO传感器、氨氮传感器和温度传感器。为实现温度补偿,芯片还设计了一种夹心板式蛇形Pt电阻加热器。同时设计了与芯片相适应的微流控测试腔,以实现水样测量。采用有限元稳态热分析对4种加热器热传递过程进行分析,得到合理的芯片结构布局,通过MEMS工艺制作出传感器芯片。采用自制的恒电位仪测试电路,对传感器芯片性能进行了测试。实验结果表明,pH传感器具有0.288 mA/pH的高灵敏度;溶解氧(DO)传感器的灵敏度为2.22μA/(mg·L-1);氨氮传感器的灵敏度为0.1139 mA/(mg·L-1);温度传感器的灵敏度为0.949Ω/℃;加热器的功率和温度变化灵敏度为0.3126℃/mW。与单个水质参数传感器相比,该传感器芯片体积小、坚固耐用,能够同时检测水样的多种参数,且温度补偿效果较好。

摘要：微夹持器是完成微操作、微装配作业任务的重要工具,其体积、质量、张合量、微夹持力等是微夹持器设计过程中的重要指标。利用压电陶瓷作为微驱动元件设计了一种具有两级位移放大的微夹持器,并采用有限元软件对其进行张合量、微夹持力的分析。经实验测试,验证了所设计的微夹持器的合理性和实用性。