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压电柔顺微操作器的H_(∞)反馈控制
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作者 李存尧 杨依领 +1 位作者 吴高华 魏燕定 《振动.测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2023年第1期144-151,203,共9页
为保证压电柔顺微操作器的精准性和稳定性,以压电纤维驱动的单自由度柔性微操作器为例,首先,通过在传统Prandtl-Ishlinskii(简称PI)迟滞模型上串联死区算子,建立改进PI迟滞模型并设计相应前馈控制器;其次,将系统模型分解为线性可逆分量... 为保证压电柔顺微操作器的精准性和稳定性,以压电纤维驱动的单自由度柔性微操作器为例,首先,通过在传统Prandtl-Ishlinskii(简称PI)迟滞模型上串联死区算子,建立改进PI迟滞模型并设计相应前馈控制器;其次,将系统模型分解为线性可逆分量和有界分量,并构建权重函数和增广模型设计H_(∞)反馈控制器,以保证系统的稳定性和精准性;最后,以压电纤维驱动的单自由度柔性微操作器为例,搭建实验测控系统。实验结果表明:在前馈控制下,压电柔顺微操作器的迟滞量从16.5%下降到4.4%,改进PI迟滞模型是可行的。当参考轨迹为阶跃和不同频率的正弦信号、甚至改变微操作器结构参数时,H_(∞)反馈控制均能有效跟踪给定参考信号且相对控制误差较小,验证了所设计H_(∞)反馈控制器的有效性。 展开更多
关键词 柔顺微操作器 H_(∞)反馈控制 压电纤维驱动 迟滞模型
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基于粘滑驱动的球基微操作器动力学建模与分析 被引量:6
2
作者 郭伟 汪盛 +1 位作者 李满天 孙立宁 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第4期138-143,共6页
球基微操作器是一种广泛应用于微纳米精密作业的微机器人系统,由基座、微操作球和顶端嵌有红宝石球的3根四分压电陶瓷管组成。基于此,通过驱动压电陶瓷管弯曲或摆动,依靠红宝石球与微操作球间惯性摩擦形成的相对位移实现微操作球3自由... 球基微操作器是一种广泛应用于微纳米精密作业的微机器人系统,由基座、微操作球和顶端嵌有红宝石球的3根四分压电陶瓷管组成。基于此,通过驱动压电陶瓷管弯曲或摆动,依靠红宝石球与微操作球间惯性摩擦形成的相对位移实现微操作球3自由度的运动。这种摩擦运动中存在粘滑现象,粘滑驱动带来的非线性导致球基微操作器动力学性能复杂。在简化球面高副连接的条件下,建立具有粘滑特性的微操作器系统动力学模型。基于动态摩擦模型,运用数值方法分析多个参数对微操作器运动性能的影响,通过仿真手段完成模型验证。进行微操作器运动测试试验,进一步验证所建立的动力学模型的正确性和有效性。 展开更多
关键词 微操作器 动力学建模 粘滑驱动 数值分析
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一体化微操作器误差分析与建模 被引量:5
3
作者 纪华伟 杨世锡 吴昭同 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第3期136-140,共5页
为评价各种误差对微操作器精度的影响,以一体化超精密微操作器为研究对象,分析了加工误差、机构原理误差、测量误差、环境带来的误差以及驱动误差等造成微操作器精度降低的因素,建立了加工误差的偏微分方程解析模型,并用有限元仿真验证... 为评价各种误差对微操作器精度的影响,以一体化超精密微操作器为研究对象,分析了加工误差、机构原理误差、测量误差、环境带来的误差以及驱动误差等造成微操作器精度降低的因素,建立了加工误差的偏微分方程解析模型,并用有限元仿真验证了加工误差模型的准确性。在详细分析误差源的基础上,提出了提高微操作器精度的措施。 展开更多
关键词 微操作器 误差分析 柔性铰链 压电陶瓷
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一种压电驱动微操作器及其释放位置精度分析 被引量:7
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作者 吴建华 褚家如 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第3期283-290,共8页
报道了一种利用压电陶瓷双晶片驱动的适用于尺寸在20~200μm之间微器件装配操作的微操作器。夹持臂尖端直径约15μm,在80V的电压驱动下闭合约200μm的距离。通过理想操作模型分析了微器件释放的位置误差来源和提高微器件释放位置精度... 报道了一种利用压电陶瓷双晶片驱动的适用于尺寸在20~200μm之间微器件装配操作的微操作器。夹持臂尖端直径约15μm,在80V的电压驱动下闭合约200μm的距离。通过理想操作模型分析了微器件释放的位置误差来源和提高微器件释放位置精度的方法,并进行了高分子小球的排列和释放实验。在相对湿度50%的环境下对直径约170μm的高分子小球的操纵中,实现了2μm的释放位置精度。实验表明本微操作器能高精度地完成微器件的拾取、移动和释放操作。 展开更多
关键词 微操作器 位置精度 压电陶瓷双晶片 粘附力
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3-PRS微操作器的运动学性质分析 被引量:2
5
作者 李剑锋 刘德忠 +1 位作者 潘新文 费仁元 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第14期1194-1196,1239,共4页
分析了 3 -PRS微操作器的运动特性 ,给出了微操作运动的位置公式 ,并以微位移矩阵条件数及工作空间体积值为度量指标分析了微操作器操作性能与结构参数间的关系。分析表明 ,条件数取决于操作针长度 Le及动平台半径 ra 之比 ,且当二者的... 分析了 3 -PRS微操作器的运动特性 ,给出了微操作运动的位置公式 ,并以微位移矩阵条件数及工作空间体积值为度量指标分析了微操作器操作性能与结构参数间的关系。分析表明 ,条件数取决于操作针长度 Le及动平台半径 ra 之比 ,且当二者的比值小于 5时微操作器具有较好的操作灵巧性 ;工作空间体积值主要受操作针长度 Le、动静平台半径 ra、rb 的影响 ,且在 Le 及rb 取定值时随 ra 的减小而增大 ;支链杆长 L对工作空间体积值影响不大。相关的分析结果可应用于 3 -PRS微操作器的运动学设计。 展开更多
关键词 3-PRS微操作器 运动分析 灵巧性 工作空间
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一种无耦合位移和低集中应力的二维微操作器研究 被引量:2
6
作者 纪华伟 杨世锡 +1 位作者 吴昭同 严拱标 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第11期1473-1477,共5页
集中应力和耦合位移是影响基于柔性铰链和压电陶瓷驱动器的微操作器性能的关键因素。单平行四杆机构具有低的集中应力,但存在大的耦合位移,双平行四杆机构没有耦合位移但存在较大的集中应力。在分析上述2种经典微操作器机构优缺点的基础... 集中应力和耦合位移是影响基于柔性铰链和压电陶瓷驱动器的微操作器性能的关键因素。单平行四杆机构具有低的集中应力,但存在大的耦合位移,双平行四杆机构没有耦合位移但存在较大的集中应力。在分析上述2种经典微操作器机构优缺点的基础上,吸取每一种机构的优点,摈弃各自的缺点,构建了一种复合四杆机构,并对这3种机构进行了对比分析,用有限元仿真的结果证明了理论分析的正确性。本文还设计加工了3种类型的二维微操作器柔性铰链机构与压电陶瓷驱动组成二微维操作器,并进行了对比实验研究,实验结果表明,该复合四杆微操作器性能优于经典的平行四杆微操作器和双平行四杆微操作器。 展开更多
关键词 柔性铰链 压电陶瓷驱动 复合四杆机构 微操作器
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球基微操作器黏滑摩擦过程建模与分析 被引量:2
7
作者 王鹏飞 郭伟 孙立宁 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第15期1765-1769,共5页
球基微操作器通过压电陶瓷管端部与微操作球之间惯性摩擦形成的相对位移实现微操作球三自由度的运动,这种摩擦运动中存在黏滑现象。在简化球面高副连接的条件下,建立了球基微操作器双质量摩擦振子等效工程模型,对球基微操作器黏滑驱动... 球基微操作器通过压电陶瓷管端部与微操作球之间惯性摩擦形成的相对位移实现微操作球三自由度的运动,这种摩擦运动中存在黏滑现象。在简化球面高副连接的条件下,建立了球基微操作器双质量摩擦振子等效工程模型,对球基微操作器黏滑驱动过程进行了阶段细分,基于等效工程模型及动态LuGre摩擦模型建立了黏滑摩擦过程的动力学方程。运用数值仿真方法分析了球基微操作器的参数特性曲线,进行了运动测试实验,进一步验证了分析的正确性。 展开更多
关键词 微操作器 球基 黏滑摩擦 动力学建模
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超精密微操作器设计和建模研究
8
作者 纪华伟 杨世锡 +1 位作者 吴昭同 严拱标 《传感技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期728-732,共5页
通过分析单、双平行机构的优缺点,设计了一种低耦合位移和集中应力的复合四杆机构微操作器,建立了集中应力模型,并利用拉格朗日等式对其动态特性进行了建模研究;采用有限元方法对微操作器进行了静态和动态分析,并对其静、动态特性进行... 通过分析单、双平行机构的优缺点,设计了一种低耦合位移和集中应力的复合四杆机构微操作器,建立了集中应力模型,并利用拉格朗日等式对其动态特性进行了建模研究;采用有限元方法对微操作器进行了静态和动态分析,并对其静、动态特性进行了试验测试。解析模型、有限元仿真与实验结果的一致证明了解析模型的正确性,为微操作器的设计提供了简单可靠的设计方法和理论依据。 展开更多
关键词 微操作器 平行四杆机构 动态模型 柔性铰链 耦合位移 集中应力
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基于黏滑驱动的球基微操作器的频响分析
9
作者 王鹏飞 李满天 孙立宁 《高技术通讯》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期608-612,共5页
在简化球面高副连接的条件下,建立了球基微操作器双质量摩擦振子简化工程模型。采用Fourier级数以及谐波平衡的方法分析了带有非线性环节的双质量摩擦振子的频响特性,同时利用MATLAB仿真给出数值解。开展了运动测试实验,进一步验证了分... 在简化球面高副连接的条件下,建立了球基微操作器双质量摩擦振子简化工程模型。采用Fourier级数以及谐波平衡的方法分析了带有非线性环节的双质量摩擦振子的频响特性,同时利用MATLAB仿真给出数值解。开展了运动测试实验,进一步验证了分析的正确性。仿真与实验结果表明,基于黏滑驱动机理的球基微操作器在中低频段有较稳定的驱动性能,驱动频率应选中低频。此研究结果为微操作器的控制提供了参考和依据。 展开更多
关键词 微操作器 球基 黏滑驱动 频响
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面向精密作业的三自由度球基微操作器运动学分析
10
作者 郭伟 汪盛 李满天 《高技术通讯》 CAS CSCD 北大核心 2006年第9期919-923,共5页
针对微操作及微装配需求,研制了一种采用四分压电陶瓷管驱动的球基微操作器,建立了不同驱动方式下球基的运动学模型,分析了球基微操作器实现空间3自由度转动的运动学问题,给出了Adams仿真实验与系统测试实验结果,验证了模型与分析的正确性.
关键词 球基微操作器 运动学分析 ADAMS仿真
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柔顺宏微操作器的最优抑振轨迹规划研究 被引量:3
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作者 陈特欢 杨依领 +2 位作者 吴高华 赵晓伟 魏燕定 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第4期611-619,共9页
针对柔顺宏微操作器中的微纳振动问题,在使用假设模态法和拉格朗日方程建立系统整体动力学模型的基础上,以多项式函数作为宏运动轨迹的基准曲线,并采用柔顺部分综合等效激振力矩最小和弹性振动能量最小构造优化准则,提出一种最优抑振轨... 针对柔顺宏微操作器中的微纳振动问题,在使用假设模态法和拉格朗日方程建立系统整体动力学模型的基础上,以多项式函数作为宏运动轨迹的基准曲线,并采用柔顺部分综合等效激振力矩最小和弹性振动能量最小构造优化准则,提出一种最优抑振轨迹规划方法。优化后的轨迹可以同时减少系统运动过程中的强迫振动以及运动结束后的残余振动,综合考虑全局弹性振动。最后通过遗传算法进行数值计算得到系统最优抑振轨迹,并搭建实验测控平台进行验证。实验结果表明:与跟踪常规多项式轨迹相比,柔顺微操作器在系统运动过程中的弹性振动幅值降低15.5%,系统运动结束后的弹性振动幅值减少52.2%,残余振动衰减时间缩短56.4%,改善了宏微操作器系统的全局操控稳定性,并提高了系统定位精度。 展开更多
关键词 振动控制 微操作器 柔顺机构 轨迹规划 动力学建模
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手持式六自由度微操作器的设计 被引量:1
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作者 谭珍珍 隋大鹏 +1 位作者 杨丁槐 张泉 《机械制造与自动化》 2017年第6期49-53,共5页
研究一种基于柔顺机构的医用微操作器应用于大脑、眼球和心脏等高难度器官手术,消除手术操作者的手部颤振,提高手术的精确度和成功率。首先进行了6-SPS型柔顺并联微操作器的机械设计,选择了双轴柔性铰链替代球铰,用平行导向四杆柔顺机... 研究一种基于柔顺机构的医用微操作器应用于大脑、眼球和心脏等高难度器官手术,消除手术操作者的手部颤振,提高手术的精确度和成功率。首先进行了6-SPS型柔顺并联微操作器的机械设计,选择了双轴柔性铰链替代球铰,用平行导向四杆柔顺机构替代平动铰链并介绍了系统各部分的尺寸、作用和特性。随后对微操作器进行了运动学分析,简化了动静坐标系之间的旋转变化矩阵并完成了运动学逆向求解,得到了微操作器输入输出的逆雅可比矩阵。最后基于ANSYS软件进行了微操作器的静变形分析和模态分析,得到了不同输入位移下的末端执行器的输出,通过模态分析得到了微操作器的前6阶固有频率和模态振型,并对其动态特性进行了探讨。 展开更多
关键词 微操作器 机械设计 运动学分析 静变形分析 模态分析
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压电微操作器的混合灵敏度H∞控制
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作者 宋帅官 杨依领 +1 位作者 吴高华 魏燕定 《压电与声光》 CAS 北大核心 2021年第5期651-656,共6页
针对压电微操作器的迟滞非线性补偿问题,采用Prandtl-Ishlinskii(PI)法建立了描述微操作器迟滞非线性特性的迟滞模型,并设计其前馈控制器。首先通过将系统逆补偿输出线性化,设计混合灵敏度H∞控制器,使系统具有较好的动静态特性。其次... 针对压电微操作器的迟滞非线性补偿问题,采用Prandtl-Ishlinskii(PI)法建立了描述微操作器迟滞非线性特性的迟滞模型,并设计其前馈控制器。首先通过将系统逆补偿输出线性化,设计混合灵敏度H∞控制器,使系统具有较好的动静态特性。其次搭建了由多自由度微动平台和末端柔性操作臂构成的压电微操作器系统,并进行一系列测控实验。结果表明,基于PI逆模型的前馈控制可以较好地补偿压电微操作器的迟滞非线性,在最大输出位移125μm的情况下,最大迟滞非线性率由21.7%降低至7.4%。同时混合灵敏度H∞控制能以较小的相对控制误差实现对不同类型和频率的参考轨迹跟踪,甚至微操作器动力学参数发生变化时,仍然具有较好的控制效果,证实了所提出控制器的可行性。 展开更多
关键词 微操作器 压电驱动 H∞控制 迟滞模型 前馈控制
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欧波同显微操作器与微量注射器的原理与应用
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《国外科学仪器》 1990年第3期40-41,19,共3页
一、前言在一定压力下,使用拉伸出来的极细毛细玻璃管针头,直接把某些物质注进活细胞中的方法,是分别由葛拉斯蔓(Grassma-nn)与狄雅古马可斯(Diacumakos)两位先生首先提出并实现应用的。此后。
关键词 微操作器 微量注射 生物实验
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微操作机器人的发展现状 被引量:18
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作者 孙立宁 孙绍云 +1 位作者 荣伟彬 蔡鹤皋 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2002年第2期184-187,共4页
本文介绍了微操作机器人系统的组成、特点 ,国内外的发展现状 ,微操作机器人研究的主要内容及研究热点问题 .
关键词 微操作 微操作器 构成 分类 发展现状 MEMS
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秀丽线虫自动筛选微操作技术
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作者 孙明磊 姜金岭 +1 位作者 王頔 王启伟 《中国科技论文》 CAS 北大核心 2013年第8期732-735,共4页
以模式生物为研究载体的生命科学筛选实验中迫切需求实现实验支撑手段的自动化。微操作技术(针对微小尺度对象)与机器人技术(自动化)的结合在此领域十分适合。开发了针对线虫的微操作平台;阐述了微小生物活体微操作与传统微操作的区别;... 以模式生物为研究载体的生命科学筛选实验中迫切需求实现实验支撑手段的自动化。微操作技术(针对微小尺度对象)与机器人技术(自动化)的结合在此领域十分适合。开发了针对线虫的微操作平台;阐述了微小生物活体微操作与传统微操作的区别;给出了真空吸附式作业力学模型;利用显微视觉测距原理为微操作作业提供深度信息,给出了高斯模型深度信息提取算法并进行了相关实验。微操作实验表明:在无位置信息引导情况下,吸附操作的成功率仅为39%;引入了位置引导信息后,吸附成功率上升,达到94%。针对微小生物活体进行筛选操作的微操作平台,能提高系统生物学的实验效率与实验精度。 展开更多
关键词 机电工程 微操作器 显微视觉 秀丽线虫 模式生物
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组织印迹的单细胞显微操作技术可替代激光辅助显微切割技术
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作者 Brauns T.C. Goos M. 党倩丽 《世界核心医学期刊文摘(皮肤病学分册)》 2005年第11期11-11,共1页
The characterization and analysis of single cells by molecular biological methods such as the polymerase chain reaction (PCR)is of increasing interest in biomedical research. Different techniques have been developed t... The characterization and analysis of single cells by molecular biological methods such as the polymerase chain reaction (PCR)is of increasing interest in biomedical research. Different techniques have been developed to obtain single cells from solid tissue. Currently, the most frequently used technique is laser-assisted microdissection(LAM).However,LAM of tissues can not exclude contamination of the targeted cells by underlying cell fragments. Moreover, this technique can only be performed if a laser microscope is available. Thus, we developed a method to obtain single cells of fresh solid tissue by the simple technique of tissue imprints. After immunostaining of the imprints, single cells were transferred to a reaction tube using a 27-gauge needle guided by a mechanical micromanipulator. Consequently, we used these cells in a single cell PCR. 展开更多
关键词 微操作技术 显微切割 细胞碎片 聚合酶链反应 微操作器 免疫染色 生物技术领域 GAUGE 靶细胞
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基于PZT的宏/微驱动机器人研究 被引量:2
18
作者 孙立宁 孙绍云 +1 位作者 荣伟彬 蔡鹤皋 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第1期16-19,共4页
综述了基于PZT的宏/微机器人的概念、现状、应用及所展开的相关研究成果。阐述了宏/微机器人克服了传统定位系统的局限性,可以同时满足大行程、高速高准确度的定位要求;压电陶瓷作为一种新型驱动器具有结构紧凑、体积小,可以做到无机械... 综述了基于PZT的宏/微机器人的概念、现状、应用及所展开的相关研究成果。阐述了宏/微机器人克服了传统定位系统的局限性,可以同时满足大行程、高速高准确度的定位要求;压电陶瓷作为一种新型驱动器具有结构紧凑、体积小,可以做到无机械摩擦、无间隙、较高的位移分辨率等特点,用于宏/微结合,可得到了良好的效果。介绍了基于PZT的宏/微机器人的研究现状和成果,这些宏/微机器人分别用于精密装配、光纤对接、IC封装、生物工程、柔性手臂等领域。 展开更多
关键词 PZT 宏/微驱动机 压电陶瓷 驱动 位移分辨率 宏/微操作器系统
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一种基于力传感器机器人装配作业的研究
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作者 刘劲松 吴威 蔡鹤皋 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1995年第2期115-117,共3页
介绍了一种具有力觉功能的新型机器人二自由度平面微操作器(FPMW).研制了具有四种选择细分数功能的FPMW高细分驱动器.FPMW与普通工业机器人PUMA562组成宏/微操作器系统,在开发的基于力/力矩信息的平面搜孔软... 介绍了一种具有力觉功能的新型机器人二自由度平面微操作器(FPMW).研制了具有四种选择细分数功能的FPMW高细分驱动器.FPMW与普通工业机器人PUMA562组成宏/微操作器系统,在开发的基于力/力矩信息的平面搜孔软件的指挥下,机器人宏/微操作器系统成功完成了精密轴孔装配作业.平均装配时间4.2秒. 展开更多
关键词 微操作器 精密装配 力传感 装配作业
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日本研究转基因蚕
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作者 孙国凤 《生物技术通报》 CAS CSCD 1989年第10期20-21,共2页
日本国立预防卫生研究所技术部放射能室主任前川秀影和协同饲料公司等的有关人员组成了研究小组,使用显微操作器,将有关基因导入了丝腺细胞,并一度表达成功。导入的基因是在丝腺表达丝心蛋白(丝素)
关键词 丝心蛋白 放射能 微操作器 丝腺 饲料公司 启动子 人员组成 前川 酞基 生理活性
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