微定位器中柔性铰链结构的有限元分析及改进

微定位器是微机械系统精密加工、纳米技术的重要组成部分,柔性铰链结构则是微定位器的核心部件。利用有限元分析软件ANSYS,对两种常见铰链进行了分析,研究了其几何参数对结构的刚度、运动方向精度的影响;证明了在微动范围内,柔性铰链结构的刚度不随输出点的线位移的大小变化而变化,是常数,且刚度与结构的运动方向精度不成简单的线性关系。在此基础上,提出一种改进型柔性铰链结构,各项性能指标得到了改善。     

并联柔性铰机器人的静刚度研究

并联柔性铰机器人是一类具有超精密定位能力的微动操作手,对这类采用非常规运动副的微动机器人,其静刚度在相当程度上决定了机器人的有载定位精度。该文首先通过一系列坐标系的建立和转换,导出终端位姿的摄动位移与柔性铰微变形间的映射关系,进而利用虚功原理提出并联柔性铰机器人的静刚度模型,显示出影响静刚度的主要因素不仅与传动刚度有关还与柔性铰的刚度有关,此外通过该模型研究了静刚度特性,其结果可用于指导机构优化设计。最后,以实例分析了并联柔性铰机器人的静刚度。     

微动并联机构柔性平板移动副求解

柔性关节的柔度是影响微动机器人机构整体机械性能的关键因素。基于一种二维平动并联微定位机构,应用卡氏第二定理建立了适于柔性平板移动副柔度的计算公式,分析了各柔度系数在其运动平面内随结构参数的变化规律,利用有限元验证了理论计算公式的正确性,并将其计算结果与传统计算方法所得结果进行了比较。该方法考虑了剪切变形的影响,理论计算精度得到了明显提高,为今后高精密微动机构的设计和精度分析提供了理论基础。     

三种柔性虎克铰的比较与分析

提出了使用簧片柔性单元构成的3种大行程柔性虎克铰,详细介绍了它们各自的结构特点;利用伪刚体模型分别分析了3种柔性虎克铰在纯扭矩驱动下铰链的变形特性;在设定的参数条件下对各虎克铰进行了理论计算,并与有限元分析结果相比较.研究表明:3种柔性虎克铰基本符合虎克铰的转动特性,能够提供较大的二维转动行程;伪刚体模型的计算结果与非...     

平面柔性铰链机构的柔度计算方法

作为一种高精度的微动机构,柔性铰链机构已经在多个工业领域得到应用。该文针对平面柔性铰链机构,对机构设计中柔度计算方法进行了研究。在分析了一般柔性铰链的柔度计算方法的基础上,利用虚功原理,推导出单个铰链的变形/受力相较于整个机构的变形/受力的关系;利用矩阵分析方法,结合串联机构和并联机构的单元与终端的变形/受力的互逆形式的传递规律,分别获得了简洁的串并联柔性铰链机构的柔度计算公式。针对3种典型的串并联柔性铰链机构,进行了柔度计算和不同机构参数与各方向柔度关系的分析,并利用经典的有限元法进行了对比仿真实验。实验结果表明:该方法的计算结果与有限元法最大相差7%,平均相差3%。这表明该方法能够为平面柔性铰链机构的设计和结构优化提供参考。     

能量法求解全柔性微动机器人移动副的刚度

全柔性机构中柔性移动副(P副)刚度的求解是进行全柔性并联机构、全柔性并联微动机器人分析的基础工作之一．在柔性铰链力学模型的基础上,利用能量法得出了非对称3．RRRP(4R)全柔性并联机构的变截面柔性移动副(4R)单元上所受外力与端部变形之间的关系,结合柔性铰链的柔性刚度矩阵求得柔性移动副单元刚度表达式方程．并用ANSYS工程软件建立相同的柔性移动副模型进行模拟,模拟结果表明,推导的柔性移动副的刚度与模拟结果很相近,刚度的理论方程具有一定的准确性。     

双柔性平台的设计与分析

利用桥式放大器设计了新型二维微动平台,通过桥式放大器的1/4数学模型和微动平台的1/4数学模型分别应用矩阵法和拉格朗日能量法计算出微动平台的放大比和固有频率理论公式.在Solidworks12.0下建立了实例的三维模型,导入ANSYS12.0中.并对实例进行有限元静力学和模态仿真分析,与理论结果进行比较,误差分别为0.8%和3.5%.误差产生的可能原因为理论计算时假设微动平台的其余部分是刚性的,只有柔性铰链是柔性的,并忽略了各杆的弹性变形和内部应力,同时把铰链简化为刚度为Kα的扭簧.这些计算将为以后的微动平台制作、优化提供理论依据.     

交叉簧片柔性铰链的翘曲分析与消除

为揭示柔性铰链的翘曲变形机理,建立了交叉簧片柔性铰链的翘曲模型. 对簧片交叉角为90°和径向载荷为0时的两种特例情况进行了分析. 通过ANSYS有限元仿真验证了此类柔性铰链翘曲变形的存在性.提出了一种可消除交叉簧片柔性铰链翘曲问题的可行方法,即采用簧片对称交叉布局.仿真和实验均表明:采用对称布局的交叉簧片柔性铰链,在受到广义载荷作用时,其变形仅存在于功能方向,翘曲变形得到了完全抑制.      

单轴柔性铰链设计方法研究

针对微机电系统中常用单轴柔性铰链机构原始理论设计的复杂性 ,提出了简洁而准确的单轴柔性铰链设计计算方法。从基础理论出发推导出了柔性铰链刚度及转角设计公式 ,分析了柔性铰链设计中结构参数与性能的关系。通过一种压电驱动微动工作台设计实例分析了单轴柔性铰链机构在微机电系统中的应用。实践证明了该方法的简便、可靠与实效性     

二维超精密定位系统设计与仿真

在分析对比了两种典型柔性铰链机构运动特性的基础上,设计了一种无耦合位移、应力集中低的改进复合双平行四杆机构,并用该机构构成了微动系统。微动系统理论分析与有限元仿真的结果表明,该微动系统的设计达到要求。     

压电致动器Preisach模型的模糊插值算法及实现

为获得运算复杂度、速度、精度均较为理想的迟滞特性建模方法,便于微细精密运动的实时控制,提出了一种新的模糊插值算法.根据压电致动器迟滞特性曲线的几何特征,将其划分为上凸与下凹两类.利用相邻4个等分点的模糊插值模拟曲线的理想输出,分别给出该两类曲线的模糊插值方法.利用上述方法求取位移变化量,得到压电致动器Preisach模型的模糊插值算法.通过标准C语言完成了该算法并在ARM处理器三星S3C2410平台上进行了对比实验.结果表明:传统插值法误差为-0.512 ～0.073 μm、标准差为0.184;压电致动器Preisach模型的模糊插值法误差为-0.347～0.094μm、标准差为0.139,该算法适于基于嵌入式处理器的实时精密控制.     

基于透视投影和平行线信息的立面纹理快速纠正问题

介绍了基于建筑物上平行线和透视投影理论进行建筑立面纹理快速纠正的算法思想，分析了影响图像几何质量的因素。通过多组实验数据，对基于此算法快速纠正的纹理图像进行了几何质量评定，并建立了高精度的三维模型。     

基于时变三维坐标重构的空间锥体目标微动特征提取方法

针对现有微动特征提取方法在散射系数复时变条件下不适用的问题,提出了一种基于时变三维坐标重构的微动特征提取方法。首先建立旋转对称空间锥体目标的微动信号模型,其次通过动态规划进行散射点分离,对各个散射点相位干涉处理后获得目标的时变三维像,最后利用高精度的三维坐标重构提取目标的三维微动特征。通过仿真实验在散射系数复时变的情况下进行微动特征提取,结果显示该方法的微动特征提取精度较传统方法有明显提高,可以较好地适用于散射系数复时变的情况。     

基于深度卷积神经网络的弹道目标微动分类

针对传统弹道目标微动分类缺乏智能性及噪声条件下分类性能差的问题,利用深度学习的高维特征泛化学习能力,提出一种将深度卷积神经网络用于弹道目标微动分类的方法。首先,在建立弹道目标微动模型的基础上,分析3种微动形式下的微多普勒表示,并生成雷达回波信号的时频图,作为训练、验证及测试的数据集;然后,运用深度卷积神经网络中的迁移学习对AlexNet和GoogLeNet进行再训练;最后,利用训练后的网络实现3种微动形式下的目标分类,并研究信噪比对分类性能的影响。仿真结果表明,与传统的微动目标分类方法相比,该方法不仅智能化程度高,而且在低信噪比条件下分类准确性更强。     

Archimedes螺线式Fresnel透镜的设计及加工方法

为解决传统同心环式Fresnel透镜及其模具金刚石刀具加工存在对加工系统要求过高及效率较低的问题,给出了Archimedes螺线式Fresnel透镜的设计方法。从几何聚光比和能流透射率方面对比了2种透镜的性能,发现两者性能基本一致。分析了大型Fresnel透镜及其模具金刚石车削机床的运动。计算了Archimedes螺线式Fresnel透镜车削加工的刀具轨迹。对比机床各轴精度对透镜光学性能的影响,发现刀具摆角、透镜法线方向进给轴的精度影响最大,采用附加沿刀具轴线方向微进给装置的机床结构能有效提高加工精度。     

Archimedes螺线式Fresnel透镜的设计及加工方法

为解决传统同心环式Fresnel透镜及其模具金刚石刀具加工存在对加工系统要求过高及效率较低的问题,给出了Archimedes螺线式Fresnel透镜的设计方法。从几何聚光比和能流透射率方面对比了2种透镜的性能,发现两者性能基本一致。分析了大型Fresnel透镜及其模具金刚石车削机床的运动。计算了Archimedes螺线式Fresnel透镜车削加工的刀具轨迹。对比机床各轴精度对透镜光学性能的影响,发现刀具摆角、透镜法线方向进给轴的精度影响最大,采用附加沿刀具轴线方向微进给装置的机床结构能有效提高加工精度。     

基于坐标测量的准双曲面齿轮齿形精度控制

建立了表达准双面齿轮齿形精度的几何模型,计算分析了各加工误差独立存在时对准以面齿轮齿形精度影响的主次及相关性,利用齿面坐标测量值诊断齿轮加工参数误差,并确定误差补偿参数及其修正量。齿轮的补偿加工表明本方法可提高齿形加工精度。     

基于机器微视觉的微结构平面运动测试技术

为了对MEMS的微结构平面运动特性参数进行提取和分析，基于机器微视觉构建MEMS动态测试系统，提出模糊图像合成技术．在连续光照明下获取微结构运动图像，利用光学检测方法增强模糊特征带，引入亚像素定位技术提取特征结构边缘，最终获得微结构的平面运动特性参数．实验结果表明，该系统测量误差小于100nm，具有较好的测量重复性精度，与现有系统相比，该系统测量原理简单，实现方便，且能满足微结构的测试需求．     

锯齿型衍射光阑的优化设计与制作

在传统几何光阑基础上,利用微细加工技术在其特定区域制作衍射微结构,则可获得既能控制光束大小又能实现光束整形的衍射光阑.针对高功率激光放大系统前端光束形态控制的需求,对可产生平顶超高斯光束的锯齿型衍射光阑的优化设计理论进行了研究,提出引入均方误差和顶部不均匀度两个参数作为优化设计的评价依据,并在此基础上对影响光阑光束控制效果的衍射微结构进行了深入分析,获得了锯齿型衍射光阑关键参数的优化设计方法.最后,提出采用镀膜结合光学光刻的方法,制作了锯齿型衍射光阑.