宏/微双重驱动机器人系统的研究现状与关键技术

宏/微双重驱动机器人系统的综合性能优于采用单一驱动方式的机器人系统。在总结了宏/微双重驱动机器人系统的概念、特点、组成结构的基础上,分析了该领域国内外的最新动态及其关键技术,为宏/微双重驱动机器人的进一步设计与开发提供了翔实的信息与参考依据。作为对宏/微技术的总结与应用,提出了一种新颖的集成式宏/微双重驱动柔性并联机器人系统,可在立方厘米级的工作空间内达到纳米级的运动精度。

五自由度宏/微双重驱动并联机构及其运动学分析

提出了一种扫描电子显微镜用4-PSPS/PRPUR五自由度宏/微双重驱动并联机构,该机构可以实现三维移动和两维转动。采用螺旋理论分析了该机构的自由度,采用基于螺旋系线性相关性的并联机构输入选取判别方法,选取了驱动副并进行了合理性判别。在此基础上对该双重驱动并联机构进行了位置反解分析,结合其应用给出了数值算例,并进一步对该机构进行了速度、加速度分析,且给出了速度、加速度的数值算例。

宏/微双重驱动的新型直线电机研究

大行程、高精度,同时易于小型化的移动机构是先进制造业等领域要解决的关键问题之一,综述了现有宏/微双重驱动机构和直线超声电机的研究进展和存在问题,提出了一种宏微双重驱动新型直线压电电机,使其既能与超声电机一样,直接驱动、响应快、不受磁场干扰实现宏驱动;又能与微驱动一样,精密定位,实现微驱动,并把宏微运动结合起来,在一个电机上同时实现宏微驱动,通过有限元分析软件,计算复合振子的振动模态和静态变形,分析了宏微驱动原理,给出了宏微驱动新型直线电机驱动电源的设计方案。

基于显微视觉的宏/微双驱动微动台系统

提出了基于PZT的宏/微双重驱动精密定位机构,采用混合式步进电动机直接驱动宏动平台,实现系统大行程微米级精度定位,安装在宏动平台上的压电陶瓷驱动微动平台,实现纳米级的分辨率和定位精度,以高频响动态补偿系统的定位误差。采用显微视觉反馈控制微动台的移动和定位,实现定位机构的全闭环反馈控制,同时提出了带运动规划和估算的运动控制策略,提高了系统的运行速度。实验研究表明:系统的动态和稳定性能良好,该微动台的最大行程80mm,定位精度1μm。

宏/微双驱动定位台显微视觉自动聚焦清晰度评价方法

在基于光学显微镜的微操作定位中,为了克服显微镜头在拍摄图像过程中的视场狭小、焦深短等问题,综合利用了基于梯度场的图像清晰度评价方法和基于小波变换的图像清晰度评价方法。将显微镜头安装在一维宏/微双精度定位平台上,用以保证显微镜头的运动精度。为了防止系统聚焦于面积最大的背景部分,采用了仅对目标区域进行清晰度评价计算的方法,保证系统仅对操作感兴趣的目标进行自动聚焦。通过以上技术实现定位机构的全闭环反馈控制。实验研究表明:系统的动态和稳定性能良好,系统的响应速度由0.3帧/s提高到3帧/s,同时根据清晰度确定的空间位置关系还可以进行防碰撞控制。

基于微小型移动机器人的微操作系统

提出一种新颖的基于宏／微双重驱动微小型移动机器人的微操作系统。机器人在宏运动状态下为典型的轮式机器人,在微运动状态下为尺蠖运动机器人。将集成微夹持器的微操作器安装在机器人移动定位平台上用于实现微操作任务。为了自动导航机器人完成微操作任务,设计外部智能视觉系统。视觉系统分为全局视觉与显微视觉两个子部分,机器人在全局视觉的导航控制下以宏运动状态实现大范围的粗定位,并使机器人微夹持器末端准确地进入显微镜视场。在显微视觉的导航控制下以微运动状态实现小范围、高精度的精定位,并完成微操作任务。试验表明,提出的基于微小型移动机器人的微操作系统能够成功地实现微小零件的夹取与装配。

拼接光栅五自由度并联定位机构设计

光栅拼接技术是获得拍瓦激光系统中大口径光栅的一种有效技术途径。通过设计五自由度并联拼接机构,采用滚珠丝杠+压电陶瓷的宏/微双重驱动技术实现毫米工作范围内纳米精度的定位。通过基于有限元法的位移耦合特性分析表明,该机构具有较高的线性度,位移耦合所产生的误差为纳米级,光栅拼接的相对角度偏差小于0.2μrad,位移偏差小于20nm。将两块200mm×400mm的光栅安装在该拼接机构上进行实验研究,获得了清晰的远场焦斑图像,证明该机构可以满足大口径拼接光栅系统的精度要求。