在对惯性约束核聚变(ICF)靶支撑定位功能分析的基础上,设计并制造了一套用于靶精密定位机器人系统,主要包括靶库机构、换靶机构、送靶机构和6自由度精密并联机器人机构,论述了各部分的工作原理和组成.系统在末端采用并联机器人来实现对靶的精密定位,测试了靶场环境下系统的运动指标.测试结果显示:系统可在真空条件下实现对靶的精确定位、换靶、送靶工作,靶定位精度达到μm级,定位时间随精度的提高而延长.

研制了一种新颖的高速高精度柔性机器人机构.采用高速精密直线电机驱动2-DOF平面并联压电智能杆机构,针对柔性机器人机构的振动问题,以直线伺服电机作为机器人的主驱动源实现高速精密点位控制并采用脉冲整形技术减小末端残余振动,以压电陶瓷作为从驱动源采用闭环反馈控制策略抑制末端残余振动.实验研究和测试结果表明:机器人系统的最大加速度为2 g,稳定时间小于150 ms,重复定位精度小于±5μm,实现了高速高精度的点位控制.

二维精瞄偏转镜是自由空间光通信中捕获、跟踪和瞄准(ATP)系统的关键组成部分,对偏转镜进行了机构设计和有限元模态分析,偏转镜采用压电陶瓷驱动器驱动,采用柔性铰链传动.研制了集驱动、检测、主控模块为一体的数字式精密定位控制器,在实验室构建了两套测试系统,对偏转镜的频率和静态性能进行了测试,并着重介绍了频率的两种测量方法及其优缺点分析.仿真和测试结果表明,偏转镜的频率约为1.5 kHz,转角范围约为±2 mrad,精度约为1 μrad,分辨率约为0.1 μrad.

介绍了基于PZT驱动的一维微动工作台.该微动台采用柔性平行板铰链机构,对其进行了出力和位移关系的分析,并且进行了ANSYS的有限元分析设计,求得了系统的固有频率和最大位移.其理论分析、有限元计算和试验测试结果的对比分析的一致性说明了理论分析的正确性和数值分析的可靠性.使用精密光栅进行微位移闭环检测,使用哈工大博实精密测控公司研制的压电陶瓷驱动电源.采用单神经元自适应PID控制算法对系统进行控制,单神经元具有自学习和自适应能力,而且结构简单易于计算;而传统的PID调?谄饕簿哂薪峁辜虻ァ⒌髡奖愫筒问ㄓ牍こ讨副炅得芮械忍氐?推导了单神经元自适应PID控制器,并进行了实验,微位移为20 μm时的响应时间为12 ms,实验证明了该方法的有效性.

提出一种新型、集成式压电驱动两自由度nm级微定位工作台系统,工作台采用直角柔性平行板铰链,实现X,Y方向的运动,采用杠杆放大柔性铰链机构实现对压电陶瓷位移的放大.并对这种新型结构形式理论分析与实验测试.根据拉格郎日方程建立微动工作台的运动微分方程,推导出系统前两阶固有频率的解析式.采用有限元分析方法对微动工作台进行模态分析,得到微定位工作台有效工作的谐振频率和振型,并对微动工作台的模态频率进行了实验测试.经理论分析、有限元计算和实验测试结果进行对比与分析的一致性说明理论分析的正确性和数值分析的可靠性.

从不同角度介绍了压电陶瓷微位移器件的两种控制模型.首先,借助于统计物理学分析,结合数学建模方法,建立了一个简单实用的压电陶瓷的迟滞数学模型.其次,借助于弹性体变形理论,介绍了压电/电致伸缩陶瓷的归一化控制模型,从理论上说明了采用电极化强度的方法可以有效减小迟滞的观点.并设计了两种实验系统,对两种控制模型进行了实验验证,实验结果表明,所建立的两种模型可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,有助于实现压电陶瓷驱动器的高精度开环微位移控制.