基于宏微结合的设计思想，提出一种组合式微夹持器结构．采用微直线电机机构实现毫米级的宏运动，采用双晶片压电悬梁机构实现微米级的微运动．介绍组合式微夹持器的组成原理并对压电悬梁形变特性进行了有限元分析．在此基础上，开发微夹持器宏微控制系统，实现了微位移闭环控制．测试实验表明，该微夹持器具有结构紧凑、操作空间大、精度高的特点．

采用静电力驱动质量块产生等效加速度信号实现了微机械加速度计的自检测功能。分析了平板驱动电极的静电驱动力、吸合电压以及稳定驱动位移条件。采用光学测试技术测试了驱动电压和驱动位移的关系,吸合电压,证实了理论分析。利用理论分析公式计算了低驱动电压情况下的驱动位移。结果表明在10～15V的直流驱动电压下能产生等效于1g加速度的输出。

研究开发了一种采用柔性铰链导向的二维光学调整微定位工作台，建立了工作台的简化模型，并利用结构力学理论推导出工作台沿x、Y方向刚度及前二阶固有频率解析式。进行了微定位工作台固有频率及沿x、Y方向刚度的试验测试，并结合解析方法和有限元方法对微定位工作台设计刚度及动力特性进行分析验证。有限元分析表明：当工作台的直角平板柔性铰链长度较小而铰链宽度较大时，其刚度、频率及驱动力较高，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，并提出了一种优选微定位工作台柔性铰链参数的简易方法。

球基微操作器通过压电陶瓷管端部与微操作球之间惯性摩擦形成的相对位移实现微操作球三自由度的运动,这种摩擦运动中存在黏滑现象。在简化球面高副连接的条件下,建立了球基微操作器双质量摩擦振子等效工程模型,对球基微操作器黏滑驱动过程进行了阶段细分,基于等效工程模型及动态LuGre摩擦模型建立了黏滑摩擦过程的动力学方程。运用数值仿真方法分析了球基微操作器的参数特性曲线,进行了运动测试实验,进一步验证了分析的正确性。

宏/微精密定位技术是微操作机器人的关键技术之一.在分析微操作机器人对宏微结合的精密定位技术需求的基础上,介绍了微米级宏动定位系统以及纳米级微动定位技术的实现方法.最后总结了压电陶瓷驱动纳米定位技术中的机构、驱动、检测、控制等关键问题的研究现状,并对微定位技术发展趋势进行了展望.

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.

纳米定位平台在微型机械和精密仪器的设计和制造领域起着重要作用。该文将拓扑优化引入到压电陶瓷驱动的一维纳米定位平台设计中,并利用多目标设计方法对平台的运动和结构需求进行了优化,采用楔形预紧结构对压电陶瓷进行紧密预紧。经有限元仿真和实验验证,该实验系统输出位移达10μm,定位精度5 nm,耦合误差小于1%。实验证明,该方法为纳米定位平台的设计和制造提供了一种新颖、灵活、有效的方法。

具有立体定向技术的放疗机器人在治疗胸腹腔肿瘤时,人体的呼吸运动给肿瘤精准定位造成的干扰无法忽视。为了补偿呼吸运动,提高放疗机器人的治疗精度,采取的主要方法是呼吸实时跟踪技术,即通过建立体内肿瘤和体表标记点之间的关联模型,由标记点的运动预测肿瘤位置,从而调节机械臂射束进行精确放疗。针对肿瘤呼吸运动跟踪建模问题,设计了一款三维肿瘤呼吸运动模拟器,该模拟器可以稳定地模拟肿瘤和标记点之间非线性和时滞的运动关系,为放疗机器人的肿瘤呼吸运动跟踪模型提供数据来源与验证平台。

针对介电湿润芯片上液滴在电场作用下的运动过程,对液滴从静止到运动的机理进行了研究.根据电磁极化原理并结合克劳修斯莫索提方程对固液接触面的极化机理进行了研究,在极化性与介电常数之间建立了一个连接.应用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件对芯片中的电场进行建模和数值仿真,分析了芯片中电场强度和麦克斯韦应力张量对液滴受力的影响,建立了液滴内部流体静压力差公式,分析了液滴的运动过程和机理.最后,通过实验验证了液滴的运动过程。

介绍了穿地龙机器人的总体设计方案,进行了基于PWM高速开关阀控制的液压驱动系统的设计,建立了数学模型,进行了系统的动态响应仿真与分析,得出此液压系统能够保证冲击活塞以可以调整的冲击频率与冲击能进行稳定振动的结论.