柔性调平机构概念设计

芯片之间的调平是保证对准精度的一个重要手段.针对目前微制造领域中常用调平机构的缺点,提出了一种实用的柔性调平机构.该机构具有精度高、速度快、结构紧凑、控制简单等优点.重点对机构的调平原理及其概念设计进行了详细论述.在概念设计中,对机构的总体结构及其关键元件--柔性柱的结构进行了设计与分析;为确定调平机构主要的设计参数,建立了原始尺寸、变形尺寸和应力三个方面的约束条件.利用能量法对柔性柱的柔度进行了理论分析,通过商用有限元软件ANSYS8.0对其进行了仿真,从而验证了柔度公式的正确性.指出了在设计实现中需要解决的若干关键问题.     

基于力矩前馈和舵机角度补偿的力矩控制

针对舵机刚度测试中力矩精确加载问题,设计了基于力矩前馈和舵机角度补偿的高精度、大量程力矩加载控制系统.对系统中力矩电机、力矩电机驱动器和加载弹性杆进行了建模分析,从加载目标、频宽及系统稳定性的角度,分析了弹性杆刚度对力矩加载性能的影响.针对力矩闭环控制系统的持续振荡及相位滞后问题,基于不变性原理引入了力矩前馈及舵机角度补偿的复合控制策略.实验表明该方法能有效抑制力矩的振荡及相位滞后,满足刚度测试对加载力矩的控制精度要求.     

全柔性微位移放大机构的设计技术研究

全柔性机构是一种新型机构,通过采用免装配、无间隙和无摩擦的设计方式可实现微米级甚至纳米级的高精度。其重要的应用之一是可作为精密驱动系统中的运放机构。为此,对此类机构进行了较为系统的研究,包括典型的结构类型、结构设计中的诸多考虑以及新型运放机构的开发等。所有这些都为精密作业领域中驱动系统的构筑提供了丰富的参考素材。     

三自由度3-CS并联平台机构的运动学分析

首先介绍了一种新型的并联机构--三自由度 3-CS并联平台机构的模型。应用螺旋理论分析了该机构的瞬时运动。同时对该机构进行了运动学分析 :给出了操作平台的输出运动参数的 3个运动约束方程和3个独立输出运动参数与 3个独立运动输入参数之间的一阶速度影响系数矩阵,最后给出了求解机构位置正、反解的计算方法。     

基于互相关的自动聚焦方法

针对自动聚焦系统,提出了基于互相关的自动聚焦算法.分析了传统自动聚焦算法在速度和精度方面存在的不足,引入互相关原理,定义基于互相关的模板相关算法F_TC.由于选择模板图像的不同,实验的结果不同,进而导致自动聚焦分析的算法也不相同.根据模板图像和实验结果,得出该算法存在2种形式——模板相关的第1种形式和第2种形式.模板图像为聚焦前位置图像,称为模板相关的第1种形式,该形式的实验曲线是由小到大,再减小的过程;模板图像为聚焦图像时,称为模板相关的第2种形式,该形式的实验曲线是由大到最小,再增大的过程.2种形式的图像处理实验结果,与其他几种主要聚焦评价函数(平方梯度函数,Brenner函数)进行比较,结果表明该算法简单,原理容易实现,实验曲线能避免各种波动,因此基于互相关的自动聚焦算法提高了自动聚焦的精度和速度.该算法应用于微流控芯片对准装配自动聚焦系统中,取得了良好的聚焦效果.      

基于激光扫描的移动机器人实时轨迹测量系统

 设计了一种移动机器人实时轨迹测量系统,主要包括激光扫描仪、数据采集计算机、无线通讯网络和数据处理显示软件4个部分。测量系统采用两台激光扫描仪从不同高度测量机器人身上安装的标志杆的位置,将测量数据经过位置识别和坐标系对准后,传输到一台计算机上进行融合,采用卡尔曼滤波器消除测量随机误差,绘制出机器人的运动轨迹。实验结果表明,测量系统可以在较大的测量范围内实现厘米级测量精度和目标分辨率的轨迹测量,为移动机器人的设计开发和导航控制等研究领域提供了良好的实验测试平台。     

一种鲁棒的室外移动机器人定位方法

以Pioneer3-AT型室外轮式移动机器人为平台,采用码盘、陀螺仪、电子罗盘和GPS对机器人进行定位,设计了一种新型的联合卡尔曼滤波器,以逐级滤波的方式融合多传感器信息.首先将里程计和陀螺仪相融合,然后将融合后的定位信息与电子罗盘相融合,最后与载波相位差分GPS(RTK-GPS)相融合.该滤波器可以补偿传感器的累积误差,消除输出波动,实现机器人较高精度的定位.城市环境下RTK-GPS经常因为建筑物的遮挡而失去差分状态,定位精度不稳定,滤波器根据RTK-GPS定位精度的不同状态,选取不同的系统量测噪声协方差矩阵,使算法可以自动适应RTK-GPS传感器定位精度的变化,因此定位方法具有鲁棒性.实验结果表明,机器人可以稳定地实现0.4m的定位精度.      

用于可重构地面移动机器人的主动球铰

针对目前可重构移动机器人的姿态调整结构在工作空间和输出力矩等方面的不足,提出了一种三自由度主动球铰,它综合了并联机构和串联机构的优点,在满足可重构地面移动机器人结构尺寸要求的前提下能提供较大的输出力矩和较大的工作空间(并联结构部分可提供17.3N·m的力矩及±40°的俯仰/偏航角度,串联结构部分可提供4.5N·m的翻转力矩和360°的翻转角度).该结构可以丰富机器人的结构形式,增强机器人对环境的适应能力.首先讨论了这种球铰的运动学特性、工作空间,然后在可重构移动机器人——JL-I上测试了驱动力矩,验证了结构的性能.      

双轮移动机器人运动目标追踪与避障控制算法

 设计了双回路的双轮移动机器人运动目标追踪与避障控制方案。内层控制回路是运动目标追踪控制律,指导机器人追踪到目标并保持一定的安全距离,控制律考虑了机器人在运动速度上的限制,其渐近稳定性用Lyapunov函数法进行了证明。当遇到障碍物时,外层控制回路根据超声传感器的信息和阻抗控制的概念产生阻抗虚拟力,将期望目标调整到虚拟位置,使机器人能够自动转向以避开障碍物。仿真研究和实验结果证明了追踪算法的有效性和避障方法的可行性。