三自由度纳米磨削微定位平台的运动学特性

为了克服精密平面磨床进给系统分辨率低而难以实现纳米级磨削加工的不足,设计了一台三自由度微定位平台来实现纳米定位和振动误差动态补偿.该微定位平台采用3个高刚度压电陶瓷驱动器并联驱动,3个弹性铰链实现动平台的导向,利用3个高精度的电容式位移传感器测量动平台的实际位姿.为了深入研究三自由度微定位平台的运动学特性,分别利用欧拉角和RPY角描述动平台的姿态并基于空间解析几何理论,建立了微定位平台的正、逆解运动学模型,得到了传感器测量值和压电陶瓷驱动点的实际位移输出值间的映射关系,分析了不同姿态描述之间的内在联系,并研究了微定位平台受到压电陶瓷驱动器伸长量限制时的可达姿态空间.试验验证了三自由度微定位平台的特性和所建模型的正确性.试验表明该微定位平台的z向最大位移为12μm,章动角随进动角的不同而变化,最大可达130μrad.     

纳秒激光制备钛表面纹理结构及其润湿性研究

激光加工技术可在材料表面形成多种纹理结构,为了研究激光加工所得不同纹理结构对材料润湿性的影响,通过纳秒激光加工技术在金属钛表面分别加工直线、网格和点阵的表面纹理结构。采用扫描电子显微镜、接触角测量仪、粗糙度分析仪和X射线光电子能谱分别对激光加工后的钛表面进行表面形貌、接触角、粗糙度与化学成分的表征与分析。结果表明:初经激光纹理加工后试样表面的粗糙度较激光加工前均显著提高,但此时3种纹理结构试样表面接触角均小于90°;随着时间的推移,被加工材料表面化学成分的改变带来了材料表面自由能的变化,进而使被加工表面接触角总体呈现上升趋势;待试样表面化学成分稳定后接触角也基本保持不变,并且对于每种纹理结构而言,其接触角随粗糙度的增加而升高。直线、网格和点阵纹理结构试样表面接触角最终可达157.2°,153.1°和134.6°,从而实现了钛表面润湿性由亲水性向疏水性的转变。     

深孔管壁喷涂机械手的鲁棒跟踪控制方法

针对适用于长且变截面的4自由度管道喷漆机械手，为了保证它的跟踪精度，设计了一种鲁棒轨迹跟踪控制器，保证了跟踪误差的一致终值有界。最后，通过模拟仿真对所提出的控制方案与比例积分微分(PID)控制方案进行了比较，结果表明鲁棒轨迹跟踪控制具有更高的跟踪精度和稳定性。     

超精密磨削辅助工作台及结构静动态特性研究

研制了一种基于高刚度PZT作动器的超精密定位工作台，其特点是采用弹性铰链预紧和提供工作台侧向刚度，结构简单，动态响应速度快，分辨率高，为防止PZT作动器受到过大弯力作用和动平台弯曲变形，在动平台与PZT作动器间加入弹性缓冲环节和辅助弹性隔离板，另外，对工作台输入同特性，静动态刚度和模态振型，以及受外力的作用时产生的静态位移误差进行了试验研究，试验数据表明，该工作台可作为精密磨床的辅助工作台，极大地提高机床的定位精度。     

椭圆弹性铰链的设计

为了得到一个结构紧凑无摩擦、无磨损且高效率的微进给装置，分析了具有任意角度椭圆凹槽弹性铰链的特性，得到其在不同载荷作用下刚度的封闭解析解，并讨论了弹性铰链的刚度随椭圆长短轴之比ε变化时的情况．当ε由1变化到无穷大时，即由圆形凹槽的弹性铰链经过椭圆凹槽的弹性铰链变化到矩形凹槽的弹性铰链，弹性铰链的刚度逐渐减小．由此引起的应力集中也逐渐减小，但是其运动精度也随之降低．此外，还利用有限元的方法对弹性铰链的刚度和运动精度进行了校验．