摘要：为研究基于高速开关阀的液压缸位置控制问题,设计了基于高速开关阀和换向阀组合控制液压缸的回路,并采用PWM驱动高速开关阀.建立了控制系统的Simulink离线仿真模型,采用基于卡尔曼滤波的PID控制算法完成液压缸的位置跟踪仿真.最后借助Matlab/xPC Target搭建了高速开关阀控液压位置系统的半实物仿真测试平台,仿真与实验结果表明所设计系统结构的正确性,以及采用卡尔曼滤波的PID控制算法可有效提高液压缸的位置控制精度,借助半实物仿真技术可以提高高速开关阀控位置系统的设计效率.

摘要：近年来,多点交互和多模态融合的力触觉再现系统由于能够进一步提高人机交互的真实感,已经成为该领域的研究热点。基于Leap Motion的多手指位置检测模块、振动触觉再现模块、NRF51822蓝牙通信模块、视觉再现模块和CHAI3D构建的虚拟环境等,设计实现了多点自然交互的、触觉和视觉相融合多模态触觉再现系统。为了验证系统的可行性和有效性,开展了虚拟物体轮廓感知实验和立方体放置任务实验。实验结果表明:虚拟物体轮廓感知实验平均识别率为87.9%;相比单一视觉再现模式,视觉和触觉再现融合模式完成相同任务的时间能节省47.7%。所设计的多点交互触觉再现系统,具有成本低、体积小和控制方法简单等优点,为促进多模态人机交互技术的发展和广泛应用奠定了重要基础。

摘要：针对现有直线超声电机特性测试系统存在的测试精度低、功能单一和自动化程度低的问题,笔者设计了一种直线超声电机特性测试系统,主要由电机驱动模块、数据采集模块和测试控制及数据处理模块3部分组成。电机驱动模块以STM32F429微控制器为核心,可方便实现对驱动信号的电压、相位以及频率等参数调节;数据采集模块主要由位移传感器、拉压力传感器和高速数据采集卡组成;测试控制数据处理模块主要由PC机实现。利用该系统对一种蝶形直线超声电机的机械特性和瞬态特性进行了测试,结果表明:该系统可很好地实现对直线超声电机的特性测试,而且操作简便,易于扩展。

摘要：设计基于磁悬浮结构的电磁能量采集装置,该装置可佩戴于使用者的腕部、肘部和脚踝处,收集人体运动过程中产生的动能.概述现有的可用于振动能量采集的多种能量采集技术,利用惯性传感器对实验者运动时的关节加速度及角速度进行测量,对磁悬浮结构的非线性能量采集工作原理进行理论分析.运用有限元工具对振动时结构周边的磁场分布和磁力线变化进行仿真研究,并通过振动实验平台验证装置的共振频率和电压输出范围.当使用者佩戴该装置进行测试时,装置输出的电压及功率随运动速度的增加而增加,在8 km/h的运动条件下,腕部、肘部和踝部所能俘获的最大瞬时功率分别为0.60、0.30、0.58 mW.实验结果表明,基于磁悬浮互斥结构的电磁能量采集装置能有效采集人体动能,并为可穿戴传感器等低功耗设备供能.

摘要：为满足微纳操作系统对精密驱动技术的需求,本文提出了一种基于黏滑原理的小型精密运动平台。该平台将柔性铰链、惯性质量块以及弹性元件结合为独立的定子基座,并与压电叠堆、陶瓷球固连为定子,安装在平台基座底部,通过螺钉调节弹性元件端部垂直方向的位置,就可以改变定子与移动台间的预压力,进而获得最佳的驱动力。为研究黏滑驱动的运动机理,分析各参数对平台运动的影响,进行了力学建模;而摩擦力作为黏滑驱动的关键因素,为了能准确地表达黏滑驱动的摩擦机理,在力学建模中引入了LuGre摩擦模型,并利用Matlab/Simulink软件进行了仿真分析。设计加工的黏滑驱动平台的整体尺寸为40mm×40mm×18mm,质量为32g。试验表明:该平台最小可实现10nm的运动步长,速度最高可达2.5mm/s,行程为22mm。

摘要：提出了一种利用电压矢量合成的无平衡电抗器24脉自耦变压整流器拓扑结构,自耦变压器每相5个绕组,根据不同绕组之间叠加的电压矢量使4组整流桥在同一时刻只有两个二极管导通,并将电压矢量差值最大的线电压送至输出端,主整流桥与辅整流桥根据不同时区主辅电压矢量的合成依次自然换向,不对称的输出电压矢量构成形式使整流桥可直接并联输出24脉波直流电压.论文推导了自耦变压器的匝比、系统输入电流表达式及输出电压表达式,并通过对网侧电流谐波含量及变压器等效容量的计算分析了系统的性能,最后通过仿真以及实验验证了设计的合理性.

摘要：对于智能车辆的路径跟踪,传统位置偏差控制方法往往忽略了车辆的动态稳定性.针对这一问题提出一种考虑横向稳定性的智能车辆路径跟踪控制方法.首先建立二自由度车辆动力学模型和路径跟踪误差模型,综合考虑车辆位置偏差和车辆动力学状态,利用基于反馈优势的反推法(FDB)生成期望横摆角速度;然后基于线性二次型跟踪器(LQT)设计了主动前轮转向(AFS)和直接横摆力矩控制(DYC)的集成控制策略,得到了理想的控制输入(前轮转角和外部横摆力矩),进而实现精确跟踪期望横摆角速度和质心侧偏角;最后在Simulink仿真环境中对提出的控制方法进行验证.结果表明:提出的控制方法在路径跟踪的同时具有很好的横向稳定性能;相比于不考虑横向稳定性的控制方法,提出的方法在路径跟踪过程中跟踪精度更高,车辆的质心侧偏角更小,横摆角速度也能更好的跟踪期望值.

摘要：介绍了一种声操控型微流控芯片的加工方法与测试技术。首先,基于声操控型微流控芯片的工作原理和功能需求设计了硬质微流控芯片的基本结构,采用激光切割方法实现了聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate,简称PMMA)材质开放边界微流道的加工,采用数控加工(computerized numerical control,简称CNC)精雕方法实现了封闭边界微流道的加工,通过光固化型(ultra violet,简称UV)胶实现了硬质微流道与基板的室温封接,利用表面改性技术与毛细作用实现了芯片的无泵进样;其次,研究了不同加工工艺、工艺参数对微流道形貌的影响;最后,依据声操控微颗粒需求,综合仿真分析、阻抗测试及多普勒激光测振,选定了声操控型微流控芯片的工作频率,实现了微纳物体运动控制。该微流控芯片具有成本低、加工效率高及易于调整微流道结构的优点,在微纳操控、微纳制造和生化检测方面拥有广阔的应用前景。

摘要：针对现有旋转超声电机不易与其他装置连接,以及因弹簧预紧造成轴向尺寸过长等问题,笔者提出了一种基于面内模态的双腿式微型旋转超声电机。电机由定子和锥形转子组成,定子采用一圆环加双腿式结构,在定子双腿外侧贴有纵振和弯振压电陶瓷片,双腿内侧有4个连接耳。电机定转子之间采用硅胶环和E型卡环进行预压力施加和端部紧固。电机利用圆环内侧周向行进的面内行波驱动转子旋转。利用ANSYS有限元软件对定子进行仿真分析,研究结构对模态的影响,以确定夹持和压电陶瓷片的粘贴位置;并对定子模态频率进行灵敏度分析,指导定子结构尺寸(设计变量)的修改,以提高优化效率。制作多组样机并开展实验研究,机械输出特性的实验结果表明:该电机体积小,最大宽度仅为12 mm;结构紧凑,总质量为6.9 g,易于与其他驱动装置连接;最大空载转速为338 r/min,最大输出扭矩为1.44 mN·m。

摘要：传统的血管介入手术需要医生在X射线下协同操控导丝、导管进行,不可避免的遭受X射线的辐射,而目前的血管介入机器人系统不能在一套装置上操控导丝和导管,限制了其使用范围。为了能在同一装置上操控导丝和导管,研制了基于中空超声电机的新型血管介入手术主从控制机器人系统,实现了在同一套装置中协同操控导丝、导管。根据中空超声电机的中空结构以及低速大扭矩的特点,设计出一种可协同操控导丝和导管的关键机构——中空旋转机构,并根据医生操控导丝和导管的习惯,设计出线性驱动机构。精选了比例-积分-微分控制器(proportion-integral-derivative,简称PID)控制算法并对该系统进行了主从跟随累计误差、滞后时间、最小操控分辨等实验。实验结果显示,系统作旋转运动和直线运动的主从跟随累计误差分别小于0.2°,0.4 mm,最小操控分辨率分别小于0.2°,0.4 mm,滞后时间小于300 ms,满足了临床基本要求。