新型并联柔性铰链微动精密平台的研究

基于3-PRC并联机构提出一种由压电陶瓷驱动的新型3-PRC并联微动平台,并进行了构型优化设计;采用矢量法对该平台的位置进行分析,并给出了该平台的理论耦合性误差;采用有限元对其运动解耦性进行了研究。最后制作了实验样机,并进行了实验测试。研究结果表明,该并联微动平台可以实现微米级三维移动,具有较高的精度和良好的运动解耦特性。

新型3-RRRRR并联微动平台的位置及误差分析

对一种新提出的由压电陶瓷驱动的并联微动平台进行了运动学分析。采用D-H法对该微动平台进行了位置分析,推导出了微动平台的反解表达式;在对单分支进行误差分析的基础上,建立了该并联微动平台的末端误差模型,并进行了误差分析。研究结果对3-RRRRR并联微动平台的设计和制造有参考价值。

并联自解耦二自由度微位移平台的研制与测量

针对传统串联式微位移机构具有的结构不紧凑和刚度较低等问题,本文设计了一种结构紧凑、具有高分辨率和高刚度的并联式自解耦二自由度微位移平台。该平台采用了4个对称布置的嵌套式平行导向机构,使得平台具有刚度对称和自解耦等特点。本文还对嵌套式平行导向机构的工作原理进行了分析。通过有限元方法仿真分析了微位移平台在不同受力状态下的变形情况,并对其进行了模态分析。经实验测量,证实了该平台具有自解耦功能,并得出了微位移平台的实际行程,且其输出位移也被证实具有较为良好的线性度。

宏微并联机器人系统自适应交互PID监督控制

500m口径球面射电望远镜(Five hundred meter aperture spherical radio telescope,FAST)的馈源支撑与指向跟踪机构由宏微并联机器人系统构成,大跨度柔索驱动的宏并联机器人保证系统的大工作空间,精密电动缸驱动的Stewart平台作为微并联机器人保证系统的末端精度并扩展其伺服带宽。为了降低宏并联机器人的柔性对末端定位精度的影响,提出基于并联机构学原理的三维机动目标解耦跟踪预测算法,对馈源舱的运动进行跟踪预测。引入自适应交互算法解决PID参数的实时调整,设计自适应交互PID监督控制器,根据馈源舱的预测运动和馈源平台的目标轨迹产生电动缸规划级控制量。此外,在电动缸执行级采用带前馈的数字伺服滤波器实现电动缸的高精度轨迹跟踪。FAST50m缩尺模型试验表明,结合解耦预测算法对馈源舱的运动预测,自适应交互PID监督控制器效果良好,能够确保宏微并联机器人系统在以期望的跟踪速度运行时,获得完全满足控制要求的定位精度和指向精度。

主动波浪补偿平台及其试验系统的设计与仿真

补给船在海里工作时受到风浪的影响会发生横摇、纵摇和升沉,这严重影响了工作的平稳性和有效性。为了对补给船的横摇、纵摇和升沉进行补偿,设计了一种基于微惯导传感器的新型主动波浪补偿装置,提出了一种简单准确的波浪补偿值的求解方法,并搭建了六自由度并联主动波浪补偿平台试验系统,最后通过实验仿真验证了该主动波浪补偿装置的实用性和有效性。

基于并联平台的卫星微振动控制研究进展

高分辨率已经成为了目前我国卫星发展的一个重要方向,在这进程中必须要攻克的一个重要技术难题就是对卫星微振动的控制.首先综述了国内外在使用并联平台解决微振动控制问题方面的发展情况,主要是平台研制及性能情况对比,对比发现,基于并联平台的微振动控制技术我国目前相比于国外还存在一定差距.然后对并联平台的典型构型设计、动力学建模、控制系统设计、平台优化以及地面模拟试验等研究进行了详细的总结.最后对我国微振动控制技术未来需要进一步深入研究的问题提出了展望.

双柔性平行六连杆微动平台结构的设计及测试

采用直圆型柔性铰链设计了承载能力较大的双柔性平行六连杆微纳定位平台,并对其性能进行了测试。基于柔性铰链经典刚度公式计算了直圆型柔性铰链转动刚度,推导了双柔性平行六连杆微动平台在运动方向的整体刚度函数;建立了平台的动力学模型,得到了平台的固有频率解析式。基于静动态特性优化设计了双柔性平行六连杆微纳定位平台,得到了平台的优化参数。基于激光干涉仪和多普勒激光测振仪建立了平台的静动态特性测试系统。对微纳定位平台进行了试验和测试,结果显示:刚度的理论计算值为7.92N/μm,试验值为7.44N/μm,误差为6.5%;固有频率的理论模型值为349.9Hz,实验值为342.2Hz,误差为2.3%。空载和加载为250、500、2 000、2 250、2 500g时的平台位移表明加载不均匀会对平台输出位移产生较大的影响,当加载为2 500g时,不均匀加载对位移的影响量约为均匀加载的5倍。此外,平台最大位移为56.59μm。重复定位精度测试显示,在施加电压50、100、150V时,定位平台在同一输入电压下的位移最大偏差为0.896μm。实验结果表明,建立的双柔性平行六连杆的刚度和固有频率计算模型是正确的,设计的微动平台的最大位移及精度可满足设计要求。

SEM环境下3PRR并联平台奇异区域规避与逃逸控制策略

微纳操作系统是精密操作、精密加工领域重要组成部分。微纳操作系统的载物平台负责放置样品和大行程搬运样品,需要大行程、高精度的定位。宏微结合的方法能弥补精密定位平台行程不足的缺点,而并联机构能实现高精度定位,因此采用3PRR(3自由度,每条支链包括一个移动副(P)驱动和两个转动副(R))并联平台作为扫描电子显微镜(Scanning electron microscopy,SEM)环境下的宏微结合精密平台中的宏动部分。为了实现大行程、高精度定位,需要分析机构工作空间与奇异性分布。通过推导3PRR运动学方程,求得机构雅可比矩阵,研究雅可比矩阵特性,求得3PRR并联平台非奇异工作空间分布,把机构雅可比矩阵特性与奇异分布引入控制范畴,提出两种奇异区域规避控制策略与一种奇异位型逃逸控制策略。对机构如何规避奇异区域与进入奇异位型后如何快速逃逸提供了理论指导,仿真分析表明,提出的策略对机构精密定位与可控性提供了保障。

大位移并联平面三自由度微定位平台设计

微定位平台是能够实现微米级别定位或调整精度的柔性微动系统。扩大运动行程、提高固有频率是微定位平台的主要研究问题,通过三个放大机构相互制约,相互影响,设计一种大行程、高刚度、结构紧凑的平面三自由度微定位平台。平台的驱动方式采用压电驱动,压电陶瓷采用并联的方式。介绍了该平台的建模、计算和仿真分析。设计的平台的X和Y方向运动范围为185.8μm。载物台为边长32 mm的等边三角形,有效提高了结构的刚度和稳定性。

新型基于6-PSS三维平台机构的并联微动机器人

提出一种新颖的基于 6 - PSS并联三维平台机构的微动机器人并介绍其结构布局特点 ,应用 Jacobian矩阵和力 Jacobian矩阵的子阵 ,分别对其线速度与角速度和力与力矩的各项同性进行了分析计算 ,并建立显式的微位移正解和反解方程 ,为其设计和使用提供理论依据。分析计算结果表明 ,该微动机器人算法与控制简单 ,微位移解耦和速度与力各向同性 ,具有最佳的运动和力传递性能。

并联六自由度主动减振平台解耦控制策略研究

并联六自由度主动减振平台可有效隔离外界低频微振动对加速器BPM及光束线站等精密设备的影响,由于并联六自由度主动减振平台具有很强的耦合特性,需对平台的耦合特性进行分析研究。本文以压电陶瓷驱动器构建并联六自由度主动减振平台,在平台运动学的基础上,采用Newton-Euler法建立了平台的动力学模型。分析了平台各通道间的耦合特性,设计了一种通用的平台解耦控制策略。搭建了实验验证平台,开展次级通道参数测量与减振实验研究。实验结果表明,设计的多通道解耦控制策略是有效的,平台对低频微振动有良好的减振效果。

基于Spark框架的图书馆微信服务平台设计研究

图书馆微信服务平台运行稳定性较差,导致平台的数据处理效率较低,对此,基于Spark框架设计一种新的图书馆微信服务平台。分析图书馆微信服务平台运行的基本原理,根据级别、分类设置和创建菜单,同时设置URL和USB两种消息接口,分别设计主动推送功能、业务办理模式、查询帮助服务、在线咨询和社交平台、智能问答系统五项功能。通过预处理、特征提取以及并行化聚类三个阶段实现基于Spark框架的图书馆微信服务平台工作流程。实验结果表明,基于Spark框架的图书馆微信服务平台能够有效提高运行稳定性,增强数据处理效率。

一种3-RSS微动并联平台的误差分析

微动并联平台应用于微芯片装配、光纤对接、细胞操作具有亚微米运动精度的工作场合,因此必须保持很高的精度。但是实际微动并联平台存在着各种制造误差,这些误差会对微动并联平台的精度产生影响。以一种3-RSS微动并联平台为例,考虑到杆长误差、转动副和球副的偏移误差,分析了各种误差模型下的闭环矢量方程。选常用微动并联平台的运动轨迹,反解出各个误差模型下陶瓷驱动器的驱动曲线,将驱动曲线导入ANSYS14.0中各误差模型的有限元模型中,通过探针命令求出微动动平台中心点应变值,与理想轨迹进行对比,得到轨迹对比图。分析各种误差模型的轨迹对比图,最后得出结论:球副的加工误差对微动并联平台的精度影响最大。分析了得到各种误差模型下的误差值,为之后的控制奠定了基础。

两平动一转动三维并联压电微动平台的设计

为提高微定位系统的灵敏性,设计了三自由度并联压电微定位系统的新构型。首先,在考虑平台结构具有对称性的基础上,采用双平行四连杆机构对台体进行设计,并设计了可集成于台体的承载模块及传感器安装模块;接着,采用有限元法对平台的位移、应力、刚度及模态进行了分析;最后,基于所搭建的实验系统,对平台的位移及频率响应特性进行了测试。实验结果表明,在120V电压的作用下,平台沿x向的最大位移为26.0μm(此时沿y向产生的寄生位移为141.0nm),沿y向的最大位移为25.9μm(此时沿x向产生的寄生位移为39.7nm),绕z轴的最大转角为210μrad;平台x、y向的位移分辨率均为6.5nm;平台x、y、θz向的固有频率分别为328.0Hz、481.3Hz、402.8Hz。

基于压电陶瓷的并联六自由度平台的位姿控制模型与验证

针对传统电机驱动的小型Stewart平台无法达到纳米级定位的问题,设计了一种基于压电陶瓷的并联六自由度平台。该平台采用球副连接、对称分布及单层结构的设计,起到提升小型Stewart平台的定位精度的目的。通过分析并联六自由度平台定位原理,构建了6个自由度的位姿控制模型。通过仿真软件进行有限元分析,同时,在实体样机上进行实验分析,验证位姿控制模型的正确性。分析结果显示:并联六自由度平台沿X、Y和Z方向的行程均为-13.48~13.99μm,沿U、V方向的行程均为-616.59~639.17μrad,沿W方向的行程为-406.02~391.68μrad。目标位移与实验结果的最大误差为3.71%,验证了位姿控制模型的正确性。

一种3-PRP共平面并联微动平台的研究

对一种平面3-PRP平面并联机构的平台进行了机构、自由度、运动学和动力学分析,建立了平台的运动学和动力学模型,并根据数学模型对平台进行了可控性与可观测性的分析。从理论上证实了平台是完全可控的,为正确选择共平面微动平台的设计结构和运动参数、实现平台控制提供了理论基础。

基于云平台的微地震数值模拟系统研究

针对微地震数据量和计算量大的特点,选择云平台作为解决微地震数值模拟的基础条件,架设了云平台架构并采用并行化技术设计,开发了基于射线追踪算法和波动方程的微地震正演系统,实现了云平台上的微地震资料处理与三维展示,为储层预测分析提供借鉴。

基于PSD的并联微定位平台位姿检测方法

位置姿态(以下简称位姿)检测是研究六自由度定位平台的技术难点之一,为了快速准确测量六自由度并联微定位平台的位姿,验证平台的定位精度,基于多片二维PSD光电位置传感器设计了六自由度光学位姿检测系统。依据几何光学理论,建立了六自由度位姿解算的数学模型。通过仿真计算,该算法可以快速准确解算六自由度定位平台位姿。进一步分析了该模型在考虑存在测量误差时的理论计算误差,结果表明,基于二维PSD位置传感器的六自由度光学位姿检测系统在解算六自由度定位平台位姿的同时,具备较高的测量精度。