为提升精密转台的轨迹运动精度, 本文从轨迹规划和运动控制两个方面对传统控制算法进行了改进。轨迹规划方面, 推导了S曲线轨迹规划方程, 并结合转台动力学约束条件给出了轨迹规划参数的取值方法, 从而为运动控制算法提供了满足动力学要求的轨迹指令; 运动控制方面, 在传统双闭环反馈控制基础上增加了DOB扰动补偿和前馈补偿, 以此改善转台的伺服性能, 提升转台的运动精度。在详细说明了轨迹规划算法和运动控制算法的设计过程后, 对两部分算法进行综合, 给出了具体实现步骤, 并以谐波转台和RV转台为实验对象进行了多组算法性能测试。实验结果表明: 相比于传统控制方法, 采用本文提出的方法能够使转台动态精度提升99.6%, 稳态精度提升99.75%, 从而证实了该算法对运动精度提升的有效性。

针对用于球面、非球面光学元件超精密光学加工的气囊抛光技术, 提出了一套控制抛光过程中气囊运动精度的方法。该方法通过控制加工单元的温度, 保证抛光过程中设备运动精度达到50 μm; 使用坐标传递法, 使检测数据二维方向对准不确定度达到0.30~0.70 mm。另外, 基于磨头去除量估计与反馈修正法, 提高精抛过程面形误差收敛效率。最后, 通过磨头探测校准法, 将磨头与加工工件法向位置精度提高至10 μm。实际抛光实验显示: 使用运动精度控制法在280 mm口径的平面精密抛光中获得的面形加工精度为0.8 nm(RMS), 在160 mm口径的凹球面精密抛光中获得的面形加工结果为1.1 nm(RMS), 实现了超高精度面形修正的目的, 为超高精度球面、非球面光学元件加工提供了一套行之有效的方法。该方法同样适用于其他接触式小磨头数控抛光方法。

研究了用于微装配操作的毫米级全方位微机器人,重点分析了影响其运动精度的结构设计与控制方法。指出了结构设计的优点和不足,主要涉及传动系统、轮子的安装等;控制方法主要涉及路径规划和驱动器电磁微马达等。提出了对工作区域进行分区的路径规划控制方法,解决了微机器人直线运动的非线性问题。针对电磁微马达的结构特点,提出了矢量合成、力矩自平衡等特殊的控制方法和思想,将微机器人步进运动精度较常规控制方法提高了3倍。实验结果表明,微机器人能够准确运动到微装配目标区域,运动精度达到0.07 mm/step,基本满足微装配的应用要求。