精密定位技术研究

精密定位技术广泛应用于精密仪器、机械和机床I、C工艺制造、计算机外围设备。其特点是精度和分辨率高,台面尺寸从小到大,品种繁多,大多有自动化操作要求,需要集成许多高性能高品质机械零部件,高分辨力检测元器件,因此制作难度大,投资大。过去精密定位的精度和分辨率已从毫米量级过渡到了微米、从亚微米进入到了纳米量级。本文概述了获取高精度定位精度的支撑关键技术。介绍了基于宏微二级叠加方式的控制系统,研制的宏动工作台用精密滚珠丝杠螺母传动,由交流伺服驱动器驱动,配备反射式光栅检测元件,构成伺服反馈系统,并对其实际误差曲线进行线性补偿之后,可将定位误差从76μm降低到3μm;再在宏动工作台面上安装高精度的微动载物台,由计算机进行宏微切换,从宏运动过渡到微运动方式,可实现大行程纳米量级精密定位。

细小管道内爬行的微机器人

基于现代精密加工技术制造的微机械，有着广阔的应用前景。特别是直径Φ１０～２０ｍｍ（１英寸）的细小管道，要求研制新型微机器人用于无损检查管壁和维修。考虑到电磁驱动器，具有结构简单、单位行程长、动作灵敏、控制方便等优点，研制了一种电磁式微机器人，外形尺寸Φ１５×３０ｍｍ，自重２５ｇ，它可以在Φ２０ｍｍ金属管内爬行，移动速度６～８ｍｍ／ｓ，有垂直爬坡能力。所加电压１６～２０Ｖ，频率３０～７０Ｈｚ。

微型机器人用于检查管道内的缺陷

管径 φ10～ 2 0mm的细小管道在工业中应用十分广泛 ,因此迫切需要研究一种管道检测机器人进入管道内部 ,对其缺陷进行检测或维修。为此目的 ,近年来发展了不同类型的微型机器人 ,例如 :气囊蠕动型、螺旋摩擦型、电磁力型、SMA型、冲击型机器人 ,并且取得了一些可喜进展。本文报道一种采用双压电薄膜PZT驱动器的细小管道实验微机器人 ,它可以携带CCD摄像机进入 φ2 0mm的垂直、水平或弯曲管道 ,检查管壁上的小孔或裂纹。论述了此种微机器人的实验系统、结构、运动机理和性能。

微机械研究新进展

介绍了近三五年内国际上微机械研究的新进展，阐述新的微加工技术，趋向于探讨高纵横比的真三维立体结构；适用于聚合物和金属材料的制造方法；报道了压电型和电磁型微小电机的研制水平以及一些初见成效的微机械作品。认为国外正在进行多途径的研究，并为努力攻克微机械固有的特殊技术难点而在不懈奋斗之中。

谐波齿轮传动误差频率特性分析

本文详细讨论了谐波齿轮传动误差各个频牢分量的产生机理。对传动误差的拍频现象进行了理论分析。通过实验作出了传动误差的功率谱图,验证了理论分析的正确性。

螺旋轮驱动的细小管内移动机器人研究

螺旋轮驱动的管内机器人是一种适合小口径管内移动作业的微小机器人形式。它由动力内置式螺旋运动机构和 Ｃ Ｃ Ｄ 摄像头／ 监视装置组成。本文分析了这种移动机构的运动和力学性能。经过对原理样机的试验测试，得到移动性能的实验数据，为开发适应φ２０ｍ ｍ 管径的螺旋运动机构提供设计依据。

“神光-Ⅱ”装置第九路靶场终端光学组件的研制

针对“神光-Ⅱ”装置第九路系统主激光瞄准精度小于等于30μm和大焦斑辐照均匀性优于10%的要求,提出了靶场终端光学组件的设计结构。应用有限元法对组件关键机械元件和ICF靶室整体进行动静态分析,优化了设计参数。同时与聚焦透镜配合进行数值分析列阵透镜,确定了单元数、曲率和厚度以及单元长和宽等参数。经过实验测试,主激光瞄准精度达到28.9μm,大焦斑辐照的形状为1000μm×500μm,均匀性为12.0%。

实验数据RBF神经网络模型中噪声的处理方法

实验数据的非线性建模,是对各种仪器、设备的性能进行校正和补偿的基础。讨论了神经网络非线性建模时数据中的噪声成分造成的过拟合现象以及对模型精度的影响,针对RBF网络给出了2种提高建模精度的方法:建模数据预处理法和网络参数优化法。在数据预处理方法中,根据建模样本的特点,分别采用滑动平均法和灰色模型法对原始建模数据进行修正,并分析了它们的适用场合;对于后一种方法,选择径向基函数分布宽度和学习目标进行优化。以精密平台为例进行了实验,通过对其定位误差的测量、建模和预测,证明了上述各种方法的有效性,特别是后一种方法,可以得到非常高的建模精度。

纳米定位系统动态误差灰色模型补偿方法研究

对等步距多工位工作的纳米工作台,采用灰色模型能够同时对定位误差中的系统误差和随机误差进行动态补偿。讨论了提高灰色模型精度的方法,建立了改进背景值的等维新息GM(1,1)灰色预测模型。用5μm步距定位误差进行了一步预测分析,结果表明该模型具有较高的预测精度;5μm和3μm步距的定位误差预测补偿实验表明,工作台的定位误差可以控制在40 nm以内。实验证明了灰色预测模型用于纳米定位系统动态补偿的有效性,且需要的建模数据很少、计算量小,适用于具有时变特征的精密定位系统。

双压电薄膜微机器人驱动器的模态分析

讨论了一种双压电薄膜驱动的微机器人 ,它适用于 2 0mm管径的管道检测。本文利用有限元分析的方法研究了双压电薄膜不同边界条件对微机器人驱动器固有频率的影响 ,对样机的实验结果表明理论计算和实验基本符合结论揭示了双压电薄膜微机器人依靠惯性冲击振动获得驱动的机理 。

利用补偿提高精密定位平台的定位精度

运用反相补偿法原理,从误差曲线中分离出系统误差并与其反相曲线叠加以消除系统误差的影响。给出了对精密定位平台宏动工作台和微动工作台进行补偿的具体实例,补偿后定位误差分别从17.4μm改善到1.3μm和从137.6nm改善到22.2 nm。理论分析和实验结果表明,反相补偿法对于降低系统误差十分有效,但对于随机误差效果不佳。

双压电薄膜微机器人驱动器的稳态响应

描述了一种适用于 φ2 0 mm管径的管道检测微机器人的驱动器 ,它由双压电薄膜、芯杆和配重质量构成。采用有限元分析的方法研究了双压电薄膜在不同边界条件下 ,驱动器在一阶固有频率处的稳态响应 ,得出双压电薄膜的压制角度为 9°和 63°时 ,驱动器的稳态响应较大。该结论可成为此类微机器人优化设计的理论依据。

大口径强激光倍频系统精密调整架的研制

叙述了大口径高功率固体激光器，利用两块级联晶体的二阶非线性效应，对激光输出进行谐波转换，实现三次谐波输出的方法。介绍了实现倍频和混频过程所需的精密调整架的结构设计要点及其精度分析。研制的８套倍频器系统在同一台控制电源集中控制下，可获得高精度要求。

三米丝杠激光动态测量仪总体精度设计

本文应用精度理论，对三米丝杠激光动态测量仪进行了精度分配，拟定了总体精度分配表，作为设计、加工等的依据．

谐波齿轮传动误差分析

讨论了谐波齿轮传动误差的产生机理。用随机误差理论，对传动误差进行动态分析，导出了谐波齿轮传动误差的估算公差。实验证实了理论分析的正确性。

微小机械的研究

本文介绍了微小夹持机构和微小行走机构的研究情况．分析了压电驱动式和电磁力驱动式微小夹持器及行走机构的结构和性能．

压电式细小管道微机器人结构特点与运动分析

本文详细介绍压电式细小管道机器人的驱动方式。

毫米级多微型机器人协调策略的研究

针对电磁型微电机的毫米级微型机器人自身的特点,根据核工业管道检测的特殊需求,利用视觉传感器获得的位置信息,为实现多微机器人系统任务而设计了多微型机器人的协调策略,通过系统实验并进行了具体的论证.

驱动电压幅值对双压电薄膜管道微机器人运动的影响

研究了一种细小管道内移动微机器人 ,它可以搭载摄像机进入 φ2 0mm的管道内部进行检测作业。微机器人驱动器采用PZT双压电薄膜驱动器。介绍了微机器人的结构及运动机理。着重介绍了驱动电压幅值对此类微机器人运动的影响 ,通过建模、仿真以及有限元分析 ,得到随着驱动电压幅值的增加 ,驱动器振幅增加 ,微机器人速度增加的结论 ,并通过实验验证了此结论 ,此结论对提高此类微机器人的工作效率有重要意义。

压电元件驱动的微小夹持器的研制

介绍了压电元件驱动的微小夹持器的结构设计，提出了由层叠式压电元件和柔性绞链组成的夹持器张合量的计算方法，列出了增大张合量的二种变型结构。