3-PU^＊U^＊型平动并联机构的运动学分析

研究 3-PU U 型平动并联机构的运动学分析问题。通过将该机构简化成运动等效的机构模型 ,得到其位置逆解公式及描述机构输入与输出速度关系的逆雅可比 ,并进一步对 3-PU U 并联机构作业空间的几何性质、机构的运动灵活性进行了分析 ,给出了尺度参数变化对机构作业空间及运动灵活性的影响规律。分析表明 ,该机构具有几何形状规则的作业空间及较好的运动灵活性 。

3-RUU微动并联机构的尺寸型模型及性能图谱

基于伪刚体模型及运动学参数的量纲一化,建立了3-RUU微动并联机构的尺寸型模型,该模型在有限区间内给出了3-RUU微动并联机构所有可能的尺寸参数组合,模型空间内的任意一点代表具有相同或相似运动性能的同一族机构。结合对微操作运动性质的分析,提出了作业空间体积值、作业空间形状值及常值雅克比矩阵条件数等三种描述微动机构运动学性能的评价指标,并根据尺寸型模型及定义的性能指标绘制了反映机构性能与尺寸参数关系的性能图谱。

3-PUU微动并联机构的尺寸型模型及性能图谱

为设计 3 PUU微动并联机构 ,使其获得良好的运动性能 ,提出用杆件无量纲参数建立机构尺寸型模型 ,该模型在有限区间内给出了 3 PUU微动机构所有可能的尺寸组合 ,模型空间中的任意一点代表具有相同或相似运动性能的同一族机构 ;定义反映微动机构运动性能的工作空间体积值、工作空间形状值及条件数 3种性能指标 ,在尺寸型模型中绘制一系列性能图谱 ,通过计算机仿真验证性能图谱的正确性 ,依据图谱提供优化设计机构的方法。

超声振动切割细胞系统的设计

根据细胞微切割实验对超声振动切割系统的要求,对夹心式超声换能器和超声变幅杆组成的振动系统进行了设计,超声换能器采用夹心式压电换能器,变幅杆是一种将等截面圆柱形阶梯变幅杆的一端替换成圆锥形变幅杆构成的新型复合圆锥阶梯形变幅杆,设计了超声换能器和变幅杆的基本结构,并给出其制造尺寸。

基于高频微幅振动的微操作机器人实验系统

研制出一种基于高频微幅振动的微操作机器人原型,其微动机构为3-RUU纯移动并联机构.并在动平台设置有高频微幅振动单元,联接于微振动单元的操作针能随动平台做较大范围的空间运动,同时操作针在微振动单元的激励下实现往复穿刺运动,通过复合完成微切剖作业.设计、制作了微操作机器人并以其为基本单元组建了微操作实验系统,结合牛卵细胞的初步操作对微操作实验系统的性能进行了验证,试验表明,微操作实验系统能成功地完成预期的操作任务,而且微体对象的弹性变形及物理损伤均较小,该系统可作为显微操作实验研究的物理平台.

3-PUU并联微操作机器人系统

为了开发一套以微小物体为操作对象的操作系统,讨论了微操作机器人的机构选型、微位移器的选用、 显微图像的特点及其处理方法.采用基于数学分析与实验结果相结合得到的控制模型,实现了压电陶瓷的开环 控制,最后对该系统进行了微动写字实验.结果表明:该系统能够通过显微视觉系统使微操作对象和操作过程 可视化,在足够大的工作空间内按照规划轨迹进行运动,并能保证微操作手末端运动分辨率达到0.1μm.

基于高频微幅振动的微切剖操作器设计

提出一种基于高频微幅振动的微切剖操作器,其微动机构采用具有3个纯移动自由度的3-RUU并联机构,机构的动平台安装有PZT高频微幅振动单元,固联于振动单元的操作针可在跟随机构动平台作较大范围运动的同时通过PZT单元的高频微幅激励实现微切剖操作。建立3-RUU微动机构的尺寸型模型,绘制描述机构尺寸参数组合与机构性能关系的性能图谱并根据性能图谱设计微动机构的运动学参数。利用有限元法对微动机构的静、动态性能进行分析,并进一步确定微动机构及驱动单元的结构参数。基于得到的运动学及结构参数制作操作器原型,该原型可作为显微切剖操作试验系统的一个基本单元。

两种3-PUU微操作机构的运动性能比较

为选择微操作机构的构型,分析、比较了2种具有不同导路的3-PUU平动并联微操作机构(垂直导路和汇交导路)的运动性能,对这2种机构进行了逆运动学分析,推导出相应的常值逆雅可比,并以此为基础对相同尺寸参数条件下2种机构工作空间的大小及操作灵活性的优劣进行了对比分析.结果显示,垂直导路的3-PUU微操作机构具有更大的工作空间,而2种机构的灵活性相同,所以垂直导路型3-PUU微操作机构的运动性能比汇交导路型更加理想.

微超声振动细胞切割系统中变幅杆的分析与设计

针对细胞微超声振动切割系统对超声变幅杆的要求,将等截面圆柱形阶梯变幅杆的一端替换成圆锥形变幅杆构成一种复合圆锥阶梯形变幅杆。由任意变截面杆纵向振动的波动方程出发,推导了复合圆锥阶梯形变幅杆的基本理论参量,设计了超声变幅杆的基本结构,给出其制造尺寸。并应用有限元法对变幅杆进行了模态分析,得到了共振频率和位移节点等重要参数。

超声振动在细胞切剖中的应用

传统对细胞的微细切割方法,极易对细胞造成损害。针对这一问题,设计了一套超声振动微切剖系统。对此系统的超声振动单元结构及原理进行了分析,阐明了应用中的关键技术点——频率选择,并通过实验验证了超声振动对于减小细胞在切剖中的变形和损伤是非常有效的。