摘要：A macro-micro dual-drive positioning system showing good potential for high acceleration and high precision positioning required in IC packaging applications is devised in this paper. The dual-drive positioning stage uses a VCM (voice coil motor) driven macro positioning stage and a PZT piezo-electric driven micro positioning stage. The coupling characteristics of the system are analyzed to produce a control structure with a micro positioning stage that can dynamically compensate for the positioning error produced by the macro positioning stage. Models of the two positioning stages are described. The models cover both the mechanism and the actuator. For the macro positioning stage, friction characteristics are taken into account, and a controller with an LQG (linear-quadratic-Gaussian) control algorithm combining a feed-forward compensation algorithm is derived. A PID controller is used to control the micro positioning stage. Detailed designs are derived for the proposed approach, and the performance is validated by simulation.

摘要：提出一种基于工作空间综合和灵巧度、速度和几何精度等性能指标分析的2自由度并联机器人运动学优化设计方法,构造一种由灵巧度、运动速度和运动分辨率等变量组合而成的工作空间全局评价指标。优化过程分为两步进行:首先以灵巧度、力传递特性和避免奇异位形的几何条件为约束,综合出具有良好特性的工作空间,在此基础上研究不同杆长比下实现目标工作空间所需的尺度参数;然后根据全局运动学性能评价指标从第一步的优化结果中遴选出最合适的杆长比,从而实现了对机构的几何尺度参数优化。并给出了算例以说明方法的有效性。

摘要：基于大行程柔性铰链的并联机器人系统可以在立方厘米级的工作空间内提供亚微米级的运动精度。所采用的大行程柔性铰链的几何参数及其在空间内的布置,将会直接决定并联机器人的系统刚度,从而间接的影响整体系统的工作空间、承载能力和驱动负荷等一系列系统性能。提出了大行程柔性铰链基于刚度方程的弹性模型,采用刚度组集的方法并通过建立协调方程,构建得到整体系统的刚度模型。进而进行了系统刚度性能分析,得到系统刚度影响图谱,为这类新型的柔性并联机器人的设计与开发提供了有力依据。

摘要：为提高足式机器人的运动适应能力,为其设计了一款具有刚度连续调节功能的新型柔性旋转关节.通过研究杠杆机构输出刚度与传动比的对应关系,提出以变传动比杠杆机构作为核心部件进行可调刚度柔性关节的设计.文中对关节的结构以及关节驱动方式等进行了紧凑化设计,以满足足式机器人系统对体积及重量的要求.在设计中通过分析关节输出刚度系数与关节相关结构参数之间的关系,为关节输出刚度调节选择了较为敏感的参数调节范围,提高了刚度调节的灵敏性.在此基础上,通过开展机构运动学分析,确定了关节机构的理论刚度输出固有特性.关节样机测试表明,该调节机构能够实现关节输出刚度的调整和有效控制,该关节在结构设计以及功能方面均可以满足在足式机器人腿部结构中的应用需求.

摘要：提出一种新颖的基于宏／微双重驱动微小型移动机器人的微操作系统。机器人在宏运动状态下为典型的轮式机器人,在微运动状态下为尺蠖运动机器人。将集成微夹持器的微操作器安装在机器人移动定位平台上用于实现微操作任务。为了自动导航机器人完成微操作任务,设计外部智能视觉系统。视觉系统分为全局视觉与显微视觉两个子部分,机器人在全局视觉的导航控制下以宏运动状态实现大范围的粗定位,并使机器人微夹持器末端准确地进入显微镜视场。在显微视觉的导航控制下以微运动状态实现小范围、高精度的精定位,并完成微操作任务。试验表明,提出的基于微小型移动机器人的微操作系统能够成功地实现微小零件的夹取与装配。

摘要：连续体型机器人具有弯曲性能优良、对管腔类非结构环境适应能力强的优点.为了研制一种可用于结肠疾病检查的医疗机器人,分析了连续体型机器人的仿生原理,设计了一种采用多关节段连续体型结构的结肠镜机器人.根据结肠解剖学结构特征建立了成人结肠模型,提出了一种基于端点重合思想的连续体型机器人运动控制策略及其在三维结肠模型中的实现方法,并基于机器人结构、结肠模型和控制策略对机器人在肠腔内的运动进行了可视化仿真分析,验证了连续体型结肠镜机器人结构设计的合理性以及在结肠肠腔内的通过能力.本文的研究为结肠镜机器人的后续研究奠定了基础,对连续体型机器人在管道环境内的运动控制也具有一定参考意义.

摘要：在分析微装配特点的基础上,讨论了微装配系统的功能需求和组成。提出了一种新型MEMS器件微装配系统设计方案,描述了系统样机关键技术模块的研制方案。以微型光谱分析仪极板对准为示范目标开展了实验研究,结果表明该系统适用于典型MEMS芯片的微对准和封装研究。

摘要：介绍了基于偏摆误差实时补偿的高速高精度机器人系统的组成及工作原理,讨论了机器人的偏摆误差检测原理,设计了电容式偏摆误差检测传感器和基于双层平行板弹性铰链结构、PZT直接驱动的微驱动补偿工作台。实验结果表明,采用微动工作台实时补偿宏动工作台直线运动的偏摆误差,可使机器人的运动性能得到较大提高。

摘要：为简化6支链并联微动机器人的复杂结构,减小装配误差,提出压电陶瓷驱动的3-PPSR构型6自由度并联微动机器人结构。采用整体式下平台和三条两端带有柔性球铰链和直圆柔性铰链的支杆,使结构紧凑并有利于提高精度。为分析对并联微动机器人精度具有重要影响的静刚度指标,首先求出此类机器人的逆解矩阵及支杆柔性铰链处微小角位移和末端位姿的关系。在此基础上,考虑支杆两端柔性铰链和弹性平板的弹性变形,运用虚功原理推导并联微动机器人静刚度矩阵。进而仿真分析机构各几何参数对静刚度的影响,获得支杆两端铰接点半径及直角弹性平板和支杆两端柔性铰链尺寸对刚度的影响规律,为此类并联微动机器人刚度配置和机构优化设计提供理论依据。

摘要：针对微对象辅助释放的操作液滴需求,基于压电驱动的方法进行辅助液滴的分配控制,设计了压电微喷分配器,利用单脉冲压电激励实现非接触式分配,分析了单液滴的形成条件。基于多物理场法,建立压电微喷液滴的多物理场耦合模型,包括压电设备、流固耦合、层流和两相流模型,以此模拟液滴的形成进程,并分析影响液滴形成能力的因素。在构建的微操作系统平台上进行实验分析,结果表明,分配液滴的体积随着驱动电压的幅值和脉冲宽度的增大而增大,较大的参数值利于单液滴形成,与仿真结果分析一致。通过对控制参数的复合调节,所设计的分配器可分配3.5nL的最小液滴,满足微对象辅助释放的操作液滴要求。直径为200μm的锡球和聚苯乙烯微球的辅助释放任务的实施,验证了所提出的方法和研制工具的有效性。