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压电陶瓷微位移器件迟滞模型的研究 被引量：16
1
作者 荣伟彬 曲东升 +2 位作者 孙立宁 徐晶 蔡鹤皋 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2003年第1期22-25,35,共5页
在通过统计物理学角度分析压电陶瓷迟滞规律的基础上,结合数学建模方法,提出了一种简单实用的压电陶瓷迟滞数学模型。并设计了压电陶瓷实验控制系统,对迟滞数学模型进行了验证,实验结果表明,此模型可以有效减小压电陶瓷的迟滞非线性误差... 在通过统计物理学角度分析压电陶瓷迟滞规律的基础上,结合数学建模方法,提出了一种简单实用的压电陶瓷迟滞数学模型。并设计了压电陶瓷实验控制系统,对迟滞数学模型进行了验证,实验结果表明,此模型可以有效减小压电陶瓷的迟滞非线性误差,提高压电陶瓷微位移的控制精度,本研究有助于实现基于压电陶瓷的高精度开环微位移控制。 展开更多
关键词 压电陶瓷 迟滞效应 统计物理 数学建模 微位移控制 非线性误差
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压电陶瓷管驱动三自由度微操作手的研究与应用 被引量：11
2
作者 荣伟彬 曲东升 +2 位作者 孙立宁 张涛 蔡鹤皋 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2002年第3期186-190,共5页
基于机构、驱动、检测一体化的设计思想 ,研制出压电陶瓷管驱动的三自由度微操作手 ,研究了微操作手的建模、驱动与位置检测 ,给出了静力学建模公式 ,研制出双极性压电陶瓷驱动电源、微位移检测电路 ,并构成高精度位置闭环控制系统 ,实... 基于机构、驱动、检测一体化的设计思想 ,研制出压电陶瓷管驱动的三自由度微操作手 ,研究了微操作手的建模、驱动与位置检测 ,给出了静力学建模公式 ,研制出双极性压电陶瓷驱动电源、微位移检测电路 ,并构成高精度位置闭环控制系统 ,实现了纳米级微动定位。最后以微操作手为核心构成微操作机器人系统 ,通过微操作手的微动调整 ,成功完成了直径为 0 .2 m m轴孔零件的微装配任务。 展开更多
关键词 压电陶瓷管 微操作手 压电驱动与检测 微装配 微操作机器人
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基于MEMS技术的微操作三维力传感器研究 被引量：11
3
作者 荣伟彬 王家畴 +2 位作者 赵玉龙 陈立国 孙立宁 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第4期692-698,共7页
针对微操作过程中对微力觉信号的需求,以压阻检测技术为基础结合MEMS加工工艺,设计了一种用于微操作的三维力传感器,建立传感器的数学模型并用有限元分析软件对敏感弹性元件进行分析。利用悬臂梁受力弯曲变形的原理结合显微视觉技术,实... 针对微操作过程中对微力觉信号的需求,以压阻检测技术为基础结合MEMS加工工艺,设计了一种用于微操作的三维力传感器,建立传感器的数学模型并用有限元分析软件对敏感弹性元件进行分析。利用悬臂梁受力弯曲变形的原理结合显微视觉技术,实现对传感器的标定,并给出了传感器的信号处理方法。实验证明,该传感器具有耦合小、测量分辨率高、线性度好、标定简单的优点,满足了预计的设计要求。传感器最大量程为10mN,X向与Y向的分辨率均为2.4μN,Z向的分辨率为4.2μN。 展开更多
关键词 三维微力传感器 压阻检测技术 有限元分析 标定实验
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二维微动工作台分析及其优化设计方法 被引量：9
4
作者 荣伟彬 马立 +2 位作者 孙立宁 谢晖 陈立国 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第B05期26-30,共5页
设计了一种压电陶瓷驱动的二维微动工作台,采用结构力学理论建立了工作台的简化模型,并推导出工作台沿x、y方向刚度计算表达式。将工作台简化为2自由度弹簧一质点系统,得出其前二阶固有频率计算表达式。通过微动工作台固有频率及沿x、y... 设计了一种压电陶瓷驱动的二维微动工作台,采用结构力学理论建立了工作台的简化模型,并推导出工作台沿x、y方向刚度计算表达式。将工作台简化为2自由度弹簧一质点系统,得出其前二阶固有频率计算表达式。通过微动工作台固有频率及沿x、y方向刚度的试验测试,验证了解析法和有限元法用于微动工作台设计分析的可行性。采用有限元法,研究了微动工作台的直角平板柔性铰链特征参数对微动工作台性能的影响。有限元分析结果表明:当平板柔性铰链长度较小或铰链宽度较大时,其刚度、频率及驱动力较高,然而铰链根部应力集中也较严重。通过改变柔性铰链的特征参数,可达到控制和优化工作台固有频率、输出位移、应力分布及驱动力响应的目的,并提出一种优化设计微动工作台柔性铰链的简易方法。 展开更多
关键词 柔性铰链 压电驱动 微动工作台 有限元法
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硅片处理预对准系统的研究 被引量：7
5
作者 荣伟彬 宋亦旭 +3 位作者 乔遂龙 孙立宁 赵雁南 李春江 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2007年第4期331-336,共6页
介绍了所研制的12 in硅片预对准系统.首先,根据硅片预对准系统的任务和流程设计了系统的结构.其次,设计了预对准检测算法,采用最小二乘圆法对硅片圆心进行定位;提出了检测硅片缺口的边缘变化率法和计算缺口基准点的曲线拟合法.对预对准... 介绍了所研制的12 in硅片预对准系统.首先,根据硅片预对准系统的任务和流程设计了系统的结构.其次,设计了预对准检测算法,采用最小二乘圆法对硅片圆心进行定位;提出了检测硅片缺口的边缘变化率法和计算缺口基准点的曲线拟合法.对预对准系统进行了误差分析.最后,采用光学式预对准方法,对12 in硅片进行了预对准实验研究.实验结果表明硅片缺口的重复定位精度小于4.8μm,预对准时间为23 s,满足设计要求. 展开更多
关键词 硅片预对准 压电马达控制 圆拟合算法 缺口检测
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基于压电陶瓷管的三自由度微操作手建模与实验 被引量：6
6
作者 荣伟彬 孙立宁 +2 位作者 曲东升 张涛 蔡鹤皋 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2002年第2期160-164,共5页
微操作手是微操作机器人的重要组成部分 ,文章把压电扫描器的工作原理应用于微操作手的设计中 ,研制出压电陶瓷管驱动的三自由度微操作手 ,实现了机构、驱动、检测一体化设计 ,通过对四分压电陶瓷管的变形进行静力学分析 ,建立了微操作... 微操作手是微操作机器人的重要组成部分 ,文章把压电扫描器的工作原理应用于微操作手的设计中 ,研制出压电陶瓷管驱动的三自由度微操作手 ,实现了机构、驱动、检测一体化设计 ,通过对四分压电陶瓷管的变形进行静力学分析 ,建立了微操作手微位移量与驱动电压的关系 ,修正了用几何法建立的公式 。 展开更多
关键词 压电陶瓷 三自由度微操作手 建模 实验 微操作机器人
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基于电流控制的压电陶瓷驱动器 被引量：8
7
作者 荣伟彬 邹翾 +1 位作者 徐敏 孙立宁 《纳米技术与精密工程》 EI CAS CSCD 2007年第1期38-43,共6页
为了解决电压控制型压电陶瓷驱动器驱动压电陶瓷时存在的迟滞、蠕变和带宽窄的问题,设计了基于电流控制的压电陶瓷驱动器,利用压电陶瓷致动器位移与其所带电荷量间的线性关系,该驱动器通过控制压电陶瓷的充电电流和时间控制其位移量.在... 为了解决电压控制型压电陶瓷驱动器驱动压电陶瓷时存在的迟滞、蠕变和带宽窄的问题,设计了基于电流控制的压电陶瓷驱动器,利用压电陶瓷致动器位移与其所带电荷量间的线性关系,该驱动器通过控制压电陶瓷的充电电流和时间控制其位移量.在此基础上,提出了以分辨率换取稳定性的动态保持控制方法,采用该电流型驱动器,实现了开环下对压电陶瓷致动器的稳定、快速、高精度定位.实验结果表明,该驱动器驱动行程为10μm的压电陶瓷时,满行程带宽大于1.5kHz,重复定位精度小于4nm(0.40/0). 展开更多
关键词 压电陶瓷驱动器 压电陶瓷致动器 电流控制 纳米定位
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3-PPSR并联微动机器人静刚度分析 被引量：18
8
作者 荣伟彬 王乐锋 孙立宁 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期13-18,24,共7页
为简化6支链并联微动机器人的复杂结构,减小装配误差,提出压电陶瓷驱动的3-PPSR构型6自由度并联微动机器人结构。采用整体式下平台和三条两端带有柔性球铰链和直圆柔性铰链的支杆,使结构紧凑并有利于提高精度。为分析对并联微动机器人... 为简化6支链并联微动机器人的复杂结构,减小装配误差,提出压电陶瓷驱动的3-PPSR构型6自由度并联微动机器人结构。采用整体式下平台和三条两端带有柔性球铰链和直圆柔性铰链的支杆,使结构紧凑并有利于提高精度。为分析对并联微动机器人精度具有重要影响的静刚度指标,首先求出此类机器人的逆解矩阵及支杆柔性铰链处微小角位移和末端位姿的关系。在此基础上,考虑支杆两端柔性铰链和弹性平板的弹性变形,运用虚功原理推导并联微动机器人静刚度矩阵。进而仿真分析机构各几何参数对静刚度的影响,获得支杆两端铰接点半径及直角弹性平板和支杆两端柔性铰链尺寸对刚度的影响规律,为此类并联微动机器人刚度配置和机构优化设计提供理论依据。 展开更多
关键词 并联微动机器人 柔性铰链 静刚度
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超细径保偏光纤的对轴方法优化及实验 被引量：4
9
作者 荣伟彬 高健 +2 位作者 陈涛 王乐锋 孙立宁 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2010年第8期36-41,共6页
为了在光纤陀螺等关键器件中使用超细径保偏光纤取代常用的普通直径保偏光纤,需要对其偏振轴的确定方法进行改进和优化。首先,使用光线追迹法对图像侧面成像对轴法在几种条件下的理论图像进行计算机仿真,并对仿真结果较好的两种情形进... 为了在光纤陀螺等关键器件中使用超细径保偏光纤取代常用的普通直径保偏光纤,需要对其偏振轴的确定方法进行改进和优化。首先,使用光线追迹法对图像侧面成像对轴法在几种条件下的理论图像进行计算机仿真,并对仿真结果较好的两种情形进行实验验证;然后,对实验数据曲线进行傅里叶展开以抑制随机干扰,将结果较好的三亮纹方法改进为三亮纹四点特征法,并对该方法进行实验验证;最后,测定使用三亮纹四点特征法得到的重复精度。实验结果表明,该方法大大提高了超细径保偏光纤偏振轴定轴过程中的抗干扰能力,重复精度达到1.6°,达到了普通直径保偏光纤的偏振轴定轴精度,满足实际应用要求。 展开更多
关键词 保偏光纤对轴 超细径 POL方法 傅里叶展开 三亮纹四点特征法
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一种集成三维微力传感器的微夹持器研制 被引量：5
10
作者 荣伟彬 谢晖 +2 位作者 王家畴 孙立宁 陈伟 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2007年第2期175-178,共4页
微操作中力的检测与控制是实现无损伤操作的关键。因此,该文提出了一种以压阻检测技术为基础,集成三维微力传感器的微夹持器。传感器标定实验结果表明,该传感器具有耦合小,测量分辨率高,线性度好的优点。传感器量程为-10^+10 mN,在x、y... 微操作中力的检测与控制是实现无损伤操作的关键。因此,该文提出了一种以压阻检测技术为基础,集成三维微力传感器的微夹持器。传感器标定实验结果表明,该传感器具有耦合小,测量分辨率高,线性度好的优点。传感器量程为-10^+10 mN,在x、y向的分辨率均为2.4μN,z向的分辨率为4.2μN。微夹持器采用压电陶瓷驱动两级柔性放大机构,实现张合量300μm,完成了微夹持实验。 展开更多
关键词 微夹持器 三维微力传感器 压阻检测 标定实验
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集成式微操作器的研制 被引量：4
11
作者 荣伟彬 曲东升 +2 位作者 孙立宁 祝宇虹 楼超飞 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2003年第3期226-230,共5页
微操作器是微操作机器人的关键部件 ,本文基于压电扫描器的工作原理 ,研制出压电陶瓷管驱动的三自由度微操作器 ,通过对四分压电陶瓷管的变形进行静力学分析 ,建立了微操作器微位移量与驱动电压的关系模型 .研制出微位移检测电路 ,实现... 微操作器是微操作机器人的关键部件 ,本文基于压电扫描器的工作原理 ,研制出压电陶瓷管驱动的三自由度微操作器 ,通过对四分压电陶瓷管的变形进行静力学分析 ,建立了微操作器微位移量与驱动电压的关系模型 .研制出微位移检测电路 ,实现了微操作器机构、驱动、检测的集成化 ,设计了微位移闭环控制实验系统 ,对微操作器进行了静态、动态测试 ,得到了微操作器的主要性能指标 .实验表明 。 展开更多
关键词 微操作机器人 集成式微操作器 静力学分析 压电陶瓷管
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挠性陀螺十字铰链模型的建立与分析 被引量：5
12
作者 荣伟彬 陈涛 +1 位作者 陈立国 孙立宁 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第5期864-869,共6页
在对动力调谐陀螺刚度和漂移误差分析的基础上,建立了由内外挠性接头装配后铰链所形成的十字型铰链的模型,并利用伪刚度体理论对该模型进行了分析。得出了内外挠性接头两铰链的相对位置关系对十字型铰链模型的影响曲线。通过影响曲线的... 在对动力调谐陀螺刚度和漂移误差分析的基础上,建立了由内外挠性接头装配后铰链所形成的十字型铰链的模型,并利用伪刚度体理论对该模型进行了分析。得出了内外挠性接头两铰链的相对位置关系对十字型铰链模型的影响曲线。通过影响曲线的分析,得出内外挠性接头铰链方位上的偏差对十字型铰链模型的刚度的影响程度,而模型刚度变化则对整个陀螺的装配精度提出了同轴以及正交的要求,对整个陀螺仪的装配和调试起到了指导作用。 展开更多
关键词 动力调谐陀螺 十字铰链模型 伪刚度体模型
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面向MEMS微装配的夹持器的设计和实验研究 被引量：4
13
作者 荣伟彬 谢晖 +1 位作者 孙立宁 庄攀峰 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2005年第4期30-32,36,共4页
介绍了一种由PZT(压电陶瓷)驱动的用于MEMS微装配的微夹持器的设计,计算了夹持器本体的放大倍数和刚度.并用ANSYS仿真验证了数学计算的准确性.采用了基于视觉的标定方法,标定了微夹持器刚度、张合量、夹持力以及夹持力和张合量的关系。... 介绍了一种由PZT(压电陶瓷)驱动的用于MEMS微装配的微夹持器的设计,计算了夹持器本体的放大倍数和刚度.并用ANSYS仿真验证了数学计算的准确性.采用了基于视觉的标定方法,标定了微夹持器刚度、张合量、夹持力以及夹持力和张合量的关系。实验表明:夹持器张合量达280μm,夹持力达0.1N,可精确操作200- 2000μm的微齿轮,实现了微行星齿轮减速器的装配。 展开更多
关键词 压电陶瓷 MEMS微装配 微夹持器 标定
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基于压电陶瓷驱动的微操作手研究现状 被引量：6
14
作者 荣伟彬 曲东升 孙立宁 《微纳电子技术》 CAS 2003年第7期590-594,共5页
微操作手是微操作机器人的重要组成部分 ,首先介绍了国内外研制的几种典型微操作手。在此基础上 ,对于微操作手的关键技术 ,从机构、驱动、传感、检测几个方面进行了论述 ,在机构上 ,介绍了微位移定位机构的特点 ;在驱动方式上 ,论述了... 微操作手是微操作机器人的重要组成部分 ,首先介绍了国内外研制的几种典型微操作手。在此基础上 ,对于微操作手的关键技术 ,从机构、驱动、传感、检测几个方面进行了论述 ,在机构上 ,介绍了微位移定位机构的特点 ;在驱动方式上 ,论述了压电陶瓷的驱动方法 ;在微位移检测上 ,介绍了几种纳米微位移检测手段。最后 ,阐述了微操作手的发展趋势 :微型化、集成化、智能化 。 展开更多
关键词 压电陶瓷 微操作手 微操作机器人 纳米定位 微机电系统
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用于MEMS传感器批量制造的微装配系统(英文) 被引量：7
15
作者 荣伟彬 谢晖 孙立宁 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第05A期1573-1579,共7页
手工操作限制了MEMS传感器的批量生产.为了降低生产成本,同时提高传感器的产品质量,研制了柔性自动阳极键合系统.该系统包括一系列功能模块,包括精密定位系统、显微视觉子系统、柔性微操作手、加热系统、键合夹具、物流系统以及其它的... 手工操作限制了MEMS传感器的批量生产.为了降低生产成本,同时提高传感器的产品质量,研制了柔性自动阳极键合系统.该系统包括一系列功能模块,包括精密定位系统、显微视觉子系统、柔性微操作手、加热系统、键合夹具、物流系统以及其它的附属系统.通过模块重构和调整,可实现不同尺寸规格传感器的键合.基于显微视觉以及微装配系统的特性,提出了基于小波变换的自动调焦清晰度评价函数,同时提出了基于改进史密斯预估器的用于克服视觉延迟的伺服控制结构.集成一维微力传感器的微操作手可实现高精度和无损操作.为了实现自动化操作,开发了包括任务规划和实时控制功能的控制系统.试验验证了该系统的自动键合功能. 展开更多
关键词 MEMS传感器 批量制造 柔性装配系统
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基于电流与电压复合控制的压电陶瓷驱动器 被引量：5
16
作者 荣伟彬 徐敏 张世忠 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2009年第4期496-499,503,共5页
针对电压控制型压电陶瓷驱动器存在动态性能差的问题，及电流控制型压电陶瓷驱动器存在在静态下易充电饱和、难以获得稳定输出的问题，该文设计了基于电流与电压控制的复合型压电陶瓷驱动器。该驱动器具有电流电压双闭环反馈，使驱动器... 针对电压控制型压电陶瓷驱动器存在动态性能差的问题，及电流控制型压电陶瓷驱动器存在在静态下易充电饱和、难以获得稳定输出的问题，该文设计了基于电流与电压控制的复合型压电陶瓷驱动器。该驱动器具有电流电压双闭环反馈，使驱动器可兼具良好的静态和动态特性。在此基础上，分析了复合型驱动器的性能特点和各参数对其性能的影响，通过调整参数可改变驱动器性能，以满足不同需求。实验结果表明，该驱动器驱动行程为10sm的压电陶瓷时，0～100V阶跃信号响应时间小于400μs，满行程带宽可达1.5kHz，给定直流信号下可获得良好的稳定输出。 展开更多
关键词 压电陶瓷驱动器 复合型控制 电流控制 动态性能 稳态性能
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一维大行程高分辨率纳米定位平台的设计与性能测试(英文) 被引量：4
17
作者 荣伟彬 吴振广 孙立宁 《纳米技术与精密工程》 EI CAS CSCD 2012年第5期384-389,共6页
设计了一种大行程、高分辨率的一维纳米定位平台,并进行了性能测试.该平台采用差动杠杆原理和柔性铰链,运用两个压电陶瓷叠堆致动器驱动.对柔性铰链平台建模,通过材料力学及结构振动微分方程等相关知识,对柔性铰链微动平台的刚度、输入... 设计了一种大行程、高分辨率的一维纳米定位平台,并进行了性能测试.该平台采用差动杠杆原理和柔性铰链,运用两个压电陶瓷叠堆致动器驱动.对柔性铰链平台建模,通过材料力学及结构振动微分方程等相关知识,对柔性铰链微动平台的刚度、输入反作用力、放大倍数等参数进行了分析,得到平台结构参数对平台性能的影响,并结合有限元分析软件,确定了微动工作台参数;最后建立了实验系统,对微驱动定位系统的输出行程、分辨率性能进行了测试.实验结果表明,所设计的微驱动定位系统的行程达到240μm,分辨率达到10 nm,外形尺寸80 mm×60 mm×20mm,可用于大行程高分辨率微动定位. 展开更多
关键词 纳米定位 柔性铰链 大行程 高分辨率 压电陶瓷驱动
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压电马达驱动3-PPTRR并联机器人研究 被引量：2
18
作者 荣伟彬 秦志刚 +1 位作者 王乐锋 孙立宁 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2010年第1期141-144,148,共5页
设计了一种压电马达驱动的3-PPTRR构型的3支链6自由度并联机器人,具有结构简单,支链不易干涉,无电磁干扰等优点。介绍了这种机器人的结构特点,分别采用解析法、矢量构造法对机构位置反解和雅克比矩阵进行分析。针对雅克比矩阵条件数的... 设计了一种压电马达驱动的3-PPTRR构型的3支链6自由度并联机器人,具有结构简单,支链不易干涉,无电磁干扰等优点。介绍了这种机器人的结构特点,分别采用解析法、矢量构造法对机构位置反解和雅克比矩阵进行分析。针对雅克比矩阵条件数的局限性,采用兼顾全域条件数均值和波动性的全域可操作度指标描述机构的操作性能,并以此为目标函数,结合典型应用研究了此类并联机器人的关键尺寸优化过程,结果显示优化后的结构在整个运动空间内都具有良好的运动性能。 展开更多
关键词 压电马达 并联机器人 可操作度 尺寸优化
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机器人工程专业课程建设与探索 被引量：5
19
作者 荣伟彬 李瑞峰 +2 位作者 冯培连 张福海 王乐锋 《高教学刊》 2022年第28期27-30,共4页
该文介绍机器人工程的专业背景和哈尔滨工业大学机器人工程专业的建设情况,对国外著名大学的机器人工程专业课程设置进行分析和总结。在此基础上,建立具有自身特色的机器人工程专业课程体系,进一步梳理课程知识结构,并对机器人工程专业... 该文介绍机器人工程的专业背景和哈尔滨工业大学机器人工程专业的建设情况,对国外著名大学的机器人工程专业课程设置进行分析和总结。在此基础上,建立具有自身特色的机器人工程专业课程体系,进一步梳理课程知识结构,并对机器人工程专业的教材建设提出建议,通过该文的研究,能够为机器人工程专业建设提供可以借鉴的实践经验,促进机器人工程专业的人才培养。 展开更多
关键词 新工科 机器人工程 课程体系 知识结构 专业建设
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压电驱动三支链六自由度微动机器人机构设计 被引量：1
20
作者 荣伟彬 王乐锋 +1 位作者 孙立宁 矫杰 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2007年第3期276-279,共4页
为简化6支链并联微动机器人结构、减小其装配误差,提出了压电陶瓷驱动的3支链6自由度并联微动机器人结构。采用整体式下平台和3条两端带有柔性球铰链和单轴直圆柔性铰链的支杆,使结构紧凑并有利于提高精度。在分析逆解的基础上,根据工... 为简化6支链并联微动机器人结构、减小其装配误差,提出了压电陶瓷驱动的3支链6自由度并联微动机器人结构。采用整体式下平台和3条两端带有柔性球铰链和单轴直圆柔性铰链的支杆,使结构紧凑并有利于提高精度。在分析逆解的基础上,根据工作空间要求设计了整体尺寸。根据柔性铰链选取原则,对直角平板和支杆处柔性铰链进行尺寸选择,采用有限元分析对整体刚度进行分析和安全校验。样机测试结果表明了设计的可行性。 展开更多
关键词 并联微动机构 压电陶瓷 柔性铰链
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