摘要：为了解决音圈电机驱动的快速反射镜在大行程运动中电机动子和定子碰撞的问题,设计了新型的快速反射镜柔性机构,即采用柔性解耦机构来消除电机动子的横向位移。针对快速反射镜在大行程运动中由于力-位移的非线性特性而导致的共振频率随位置而变化的问题,设计了变值陷波滤波器来消除随位置变化而改变的共振模态的影响,并通过比例积分控制器实现闭环控制。与常值陷波滤波器相比,变值陷波滤波器的共振频率为快速反射镜运动位置的函数。通过有限元分析和实验比较了采用常值和变值陷波滤波器时快速反射镜的带宽性能。实验结果表明,采用常值陷波滤波器时,当系统的运动位置小于15.2 mrad时,快速反射镜沿θ_x和θ_y轴的带宽分别在95 Hz和110 Hz左右;当系统运动到18.2 mrad时,θ_x和θ_y轴的带宽分别骤降为47.92 Hz和57.1 Hz。采用变值陷波滤波器时,快速反射镜沿θ_x和θ_y轴的带宽基本稳定在95 Hz和110 Hz,说明了在运动行程较大的快速反射镜系统中设计变值陷波滤波器的必要性和有效性。

摘要：为设计具有毫米级运动行程、良好的静、动态特性且结构多样的三维平动柔性微定位平台。首先,提出两种新型的多自由度大行程柔性运动副。其次,基于该运动副,给出三种新型大行程空间平动柔性微定位平台实例。然后,采用非线性方法建立平台力位移关系、输入耦合及丢失运动的理论模型,并采用柔度矩阵法建立平台的刚度及固有频率模型。随后,以提高平台的静、动态性能为目标对平台进行参数寻优。最后对平台进行有限元分析,验证理论模型的正确性。根据理论与仿真结果,平台一阶固有频率为49.6Hz,在1mm运动行程内,x、z轴方向的丢失运动分别小于0.32%、0.7%,输入耦合小于1.2%且输出完全解耦。为空间平动柔性微定位平台的设计、分析及优化提供了一种系统化的研究方法。

摘要：微机械执行技术是实现微定位操作的关键技术之一,在实现高分辨率的同时,必须满足平台的运动范围要求。基于此,介绍一种具有位移放大功能的多功能微驱动接口模块,研究实际位移放大倍数与输入臂和输出臂比值之间的非线性关系,以及影响多功能微驱动接口模块放大功能的主要因素。将多功能微驱动接口模块和多层折叠梁型移动副结构与2-PPr(P表示移动副,Pr表示平行四边形结构)型二平动并联结构微定位平台结合,提出一种新型二平动大行程微定位平台。分析柔性平行四边形结构中杆件的夹角、平台厚度等关键参数对微动平台位移放大倍数的影响原理,并给出具体的设计方法。采用驱动端点刚度与微定位平台整体刚度相结合的方法,确定压电陶瓷驱动器驱动量与微定位平台末端运动量之间的关系矩阵。结果表明,采用有限元法确定机构参数快速有效,为微动平台的分辨率、行程范围和控制系统设计提供了理论依据。

摘要：针对传统点胶系统精度低、点胶速度慢等问题,采用柔性机构设计了基于压电陶瓷驱动的一体化微点胶机构。为补偿压电陶瓷驱动器的行程,采用三级混合放大机构,并分析了位移放大倍数的理论值,得到了机构的位移行程。应用拉格朗日定理对机构的刚度建模,求解理论刚度值,得到了机构的固有频率解析表达式。有限元仿真结果表明,机构放大倍数和刚度的理论值与仿真结果的相对误差分别为8.5%和7.2%,验证了理论模型的正确性。该机构为微量液体自动分配系统的设计提供了一定的思路与技术支持。

摘要：为了解决传统压电陶瓷驱动器所固有的高精度与大行程的矛盾,提出了一种新型可直接外力驱动的三自由度并联精密定位平台,利用压电直线电机直接驱动即可实现大行程与高精度定位。首先,分析了柔性铰链结构参数对其作动行程的影响机理,在此基础上设计了大行程圆柱柔性铰链,并对大行程圆柱柔性铰链的结构参数进行了模糊优化设计;接着,采用两个平移副和一个一体化、大行程圆柱形柔性铰链构建了并联分支链路,采用3条并联支路设计了2R1T并联精密定位平台,并通过坐标齐次变换方法构建了并联平台的运动学模型,推导出了并联平台位姿正反解;最后,对2R1T并联定位平台开展了实验研究。实验结果表明所设计的2R1T并联定位平台具有良好的运动同步性和重复性,利用压电直线电机的步进运动模式可实现精密定位,其平动定位分辨率为0. 09μm,转动定位分辨率分别为0. 8μrad、0. 9μrad和1. 0μrad;利用压电直线电机的连续运动模式可实现大行程空间定位,其平动工作行程为120 mm,转动工作行程分别为6. 18°、6. 74°和6. 58°。借助于压电直线电机的不同工作模式实现了并联平台的精密定位和大行程工作空间两个关键指标,为进一步研究2R1T并联机构的动态性能、精密定位及控制规律的实现等提供了重要的理论价值和实践基础。

摘要：为准确采集大鼠前肢运动压力值,以便于分析大鼠大脑初级运动皮层神经元信号与其相关运动感知的关系,通过理论计算,采用金属箔式全桥差动电桥测量原理和杠杆原理,设计了大鼠用微小量程、较大行程测力传感器,采用高精度外设部件互连标准(PCI)信号采集与控制输出模块,设计了大鼠实验压杆检测系统,能很好的实现大鼠前肢动作奖赏控制.实验结果表明:与现有的测力传感器相比,克服了其在测量精度、量程等方面的局限性;压杆检测系统能够实时在线记录大鼠前肢运动压力值及显示相关参数,且系统采集数据准确度和精度较高,该检测系统使得小型动物运动感知研究的脑-机接口信号检测能力显著提高.

摘要：由于传统以磁路计算为基础的动态特性计算精度较低,基于有限元方法建立了电磁铁的动态数学模型,并通过实验进行了验证,电流误差<4%,响应误差<6%,证明模型是可信的。在此基础上,对耐高压大行程高速开关电磁铁进行动态仿真,分析探讨了盆形极靴的结构参数对动态特性的影响规律。研究结果表明:为使电磁铁动态特性最优,盆口高、导套厚度、隔磁角和隔磁环长度有最佳值,径向间隙应尽可能小;考虑到耐压强度和成本,导套厚度和径向间隙均不能过小。结合实际设计要求,采用优化后的结构参数研制的耐高压大行程高速开关电磁铁在4mm行程时的响应时间为24.95ms。

摘要：波前校正器的行程是影响其校正能力的关键因素,现有固态变形镜的变形行程较小,还不能完全满足自适应光学系统对光波畸变的校正能力要求。针对该问题,本文提出并设计一种大行程磁液变形镜系统,通过Maxwell线圈和微小电磁驱动线圈产生的磁场来控制磁液变形镜的镜面变形,可提供高达100μm以上的变形行程。本文首先建立了磁液变形镜线性解析模型,然后采用多物理场有限元仿真软件COMSOL对通电Maxwell线圈和微线圈产生的磁场进行仿真分析,并结合MATLAB数值仿真软件,对大行程磁液变形镜的响应特性进行仿真分析,最后基于制作的磁液变形镜原型样机对仿真结果进行实验验证,结果验证了镜面线性解析模型的正确性,在Maxwell线圈产生的均匀磁场中,向微电磁线圈输入微小电流即可产生100μm以上的大行程镜面变形。

摘要：介绍了高频响大行程微位移机构研究的背景、结构特点、闭环系统的设计，以及在非圆截面零件数控车削中的应用。解决高频响与大行程之间的矛盾是设计微进给装置的关键。笔者采用永磁动圈式直线电机的方式成功地解决了这一矛盾，并在此基础上采用先进的控制策略构成闭环系统，解决了高精度跟踪正弦信号的问题。以此闭环系统为核心设计开发了以加工内燃机活塞及其立体靠模为应用背景的非圆截面零件数控车削系统。该系统现已通过了工厂７２ ｈ 考核，成为了正式产品，为实现非圆截面零件高效、柔性、自动加工做出了贡献。

摘要：为了解决传统微定位平台运动范围小、寄生运动和交叉轴耦合严重导致运动精度低等问题,提出了一种音圈电机驱动的全簧片式大行程、空间多自由度并联柔性解耦微定位平台。首先,介绍了含簧片型柔性球铰的大行程多自由度并联柔性机构的结构和变形原理。接着,以空间三自由度为例,推导了动平台的运动学方程,建立了机构的输入刚度模型,并基于柔度矩阵法对柔性球铰进行了柔度建模和设计,从而确定了微定位平台的参数。此外,分别对三自由度方向进行了系统动力学模型辨识,并基于模型设计了一种相位超前PI反馈控制结合滑模前馈控制的复合控制器。最后,搭建了平台实验系统来验证其轨迹跟踪性能。实验结果表明:与经典的PID控制相比,该复合控制方法能够使得轨迹跟踪性能提高95%以上,加入的滑模前馈也能够有效消除单纯反馈控制产生的相位滞后。并且,所提出的多自由度微定位平台能够实现±3.23 mm×±21.50 mrad×±20.30 mrad的运动范围,具有行程大、稳定性好和精度高等特点,可以用于许多需要大行程高精度的空间定位场合。