压电驱动电源快速放电回路的研究

为提高压电陶瓷驱动的高压精密微流量阀的频响及微流量输出控制精度,针对压电陶瓷驱动电源不能在断电后将压电陶瓷中的极化电荷迅速释放的缺点,该文在研究压电陶瓷驱动电源的过程中,设计并实现了一种新型快速放电回路,在驱动信号切断后,可快速对压电陶瓷进行放电,使其恢复初始状态,且其放电时间达到毫秒级.在完成快速放电同路特性仿真的基础上,利用所设计的压电陶瓷驱动电源及快速放电同路,对8 mm×8 mm×20 mm、电容为2.3 μF的压电陶瓷进行了驱动与快速放电试验测试,结果表明,该电源的快速放电特性,可有效提高压电驱动微流量阀流量的控制精度及流量阀的频率响应特性.     

全方位精密定位微小移动机器人

设计了一种由压电陶瓷驱动、尺寸为50 mm×50 mm×12 mm、基于尺蠖蠕动原理工作的全方位精密定位微小型移动机器人,并可作为移动负载平台使用。建立了机器人的动力学模型并对其进行了动力学分析,推导出了柔性铰链刚度与机器人微运动速度关系模型。通过实验测试,该机器人最大运动速度为200μm/s、最高工作频率为32 Hz,最小圆周运动半径为15μm,定位精度为1μm,其全方位运动性能也取得了较好的效果。     

用于微装配的三维微力传感器的研究

采用硅基应变片设计了一种可用于精密微装配作业过程,检测x、y、z方向微接触力的三维微力传感器;经微小改动后,该传感器可成为五维微力传感器。分析了力传感器测量原理,建立其测量模型,并设计了传感器信号放大电路。测试了微力传感器的性能指标,在x、y、z3个方向的微力测量分辨率为0.001 N,测量精度可达0.005 N,测量范围为-0.5~ 0.5 N。最后设计了微装配作业控制系统,并利用该传感器实现力位移混合控制,顺利完成了180μm微型轴与200μm微型孔间的精密微装配实验研究。     

压电陶瓷驱动三自由度精密移动定位微小机器人

使用压电陶瓷堆材料作为微驱动元件，设计了一种三自由度基于尺蠖蠕动原理工作的精密移动定位微小型机器人。采用显微镜作为测量元件，通过测量机器人移动时像素点位置的方法，完成了对该机器人沿X、Y方向的直线移动定位以及绕Z轴的θ角转动定位的试验测试，测试结果证明了设计的合理性与实用性。     

两级位移放大微夹持器的研究

微夹持器是完成微操作、微装配作业任务的重要工具,其体积、质量、张合量、微夹持力等是微夹持器设计过程中的重要指标。利用压电陶瓷作为微驱动元件设计了一种具有两级位移放大的微夹持器,并采用有限元软件对其进行张合量、微夹持力的分析。经实验测试,验证了所设计的微夹持器的合理性和实用性。     

基于惯性导航的扫地机器人系统设计

针对扫地机器人行进中姿态控制难和无规划式清扫等问题,设计了一种以STM32F030R8T6微控制器为主控制器,以单轴陀螺仪GGPM01为姿态角检测传感器及以弓字形清扫方式为路径规划法的扫地机器人系统。因陀螺仪数据存在随机误差和噪声干扰,故采用卡尔曼滤波算法对陀螺仪和光电编码器数据进行融合,计算出机器人当前的偏航角最优估计值。再以最优偏航角和机器人速度为反馈量构成串级比例、积分、微分(PID)控制,实现机器人的直线行驶,最后采用弓字形算法实现路径规划。通过系统的仿真及软件测试,机器人以10.2～12.6 m/min的速度完成弓字形路径规划,最大角度偏移量为0.4°,验证了扫地机器人的功能特性及算法的有效性。     

汽车防盗油阀密码控制器的研究

针对汽车防盗,该文开发了一种密码控制的油路阀防盗系统,油路控制阀安装在汽车点火器处,密码控制器则安装在驾驶室内的操作台上.利用该控制系统,任何人进入车辆后,都必须输入正确的密码才能打开安装在油泵与汽车点火系统之间的油路控制阀,接通油路后,才能启动汽车发动机.在密码控制器中,设计了报警模块,当输入密码错误超过规定的次数后,控制器启动报警系统并同时锁定键盘.为了避免汽车意外熄火油路阀关闭切断油路以及密码控制器掉电而需要重新输入密码的麻烦,控制器的存储单元能记忆步进电机的当前位置并保持阀芯的当前开口,便于驾驶员快速重启发动机.最后利用摩托车发动机进行了实验研究,实验结果表明该密码控制油路阀系统具有很好的防盗作用.     

一种高楼救生器的研究

基于磁阻尼控制原理,设计了一种自发电的高空缓降救生器,并利用AVR单片机开发了相应的控制系统.人体下降时,钢丝绳通过齿轮增速传动机构,带动发电机转子做切割磁力线的高速旋转运动并发出电能.光电式速度传感器测量人体下降速度,智能控制系统根据测量结果自动调节功率电阻的阻值变化实现对发电机绕组线圈的电流控制,达到改变发电机的磁阻尼的效果.功率电阻将电能转换成热能而耗散,减小了势能向动能的转化,从而实现对缓降速度的控制.最后利用救生器样机进行了50 kg负载缓降实验研究,结果表明,缓降速度可在较宽的范围内进行调节,取得了很好的缓降控制效果.     

裸眼3D技术嵌入式软件设计与研究

嵌入式设备是裸眼3D技术产业化的重要对象,其图像显示技术值得专门研究.应用Android SDK开发工具包及API和类库,在Eclipse集成开发环境下设计裸眼3D图像显示软件,完成自动识别屏幕分辨力、立体图像分辨力,使用低失真缩放与匹配技术完成立体图像融合,从而使双视图的立体图像在3D液晶显示屏上得到正确显示.     

压电微流量阀驱动电源的研究

研究了一种低纹波输出的压电陶瓷驱动电源,实现对压电驱动微流量阀的输出微流量的控制.利用单片机控制数字频率合成芯片来产生各种函数信号,研究了高低压稳压电路、小信号放大处理及功率放大电路,控制信号经滤波、放大及稳压等处理后,函数信号形成高压输出,驱动压电陶瓷,对微流量阀阀芯位移进行驱动,从而实现对微流量阀输出微流量的精密控制.通过对该电源输出特性的试验研究,结果表明,该电源具有良好的输入输出线性特性及低纹波特性,其线性度拟合相对误差仅为84 mV,高压输出纹波电压低于10 mV,这对提高微流量阀输出微流量的控制精度具有重要意义.