面向精密制造的宏微操作机器人运动学、动力学与控制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    U1609206
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    216.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0501.机器人与机构学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

A macro-micro manipulator is a key device for precision manufacturing equipment to achieve long-travel and high-precision positioning. As there exist serious coupling effects between the macro and micro manipulators, especially the frequent start-stop motions of the macro manipulator will adversely affect the positioning accuracy and settling time of the micro manipulator, conventional macro-micro manipulators cannot meet the stringent industrial demand for achieving nanoscale positioning accuracy in several hundred millimetre travel range rapidly. The subject of this research project is a macro-micro manipulator which consists of a 3-DOF micro manipulator with several millimeter motion range and nanoscale positioning accuracy and a 2-DOF macro manipulator with several hundred millimeter stroke. The critical research issues to be investigated include: configuration synthesis for a high-performance macro-micro manipulator and design optimization for direct-drive linear actuators with high force densities and low force ripples, so as to achieve lightweight and precision system design; kinematics and dynamics analysis methods for the macro-micro system, in which the macro manipulator is an x-y stage driven by direct-drive liner motors and the micro-manipulator is a flexure-based parallel manipulator driven by voice-coil motors, so as to discover the mechanics of the micro disturbances and macro-micro coupling effects; the coordinating control schemes for “moving micro system first” and decoupled macro-micro motions, and the dual-frequency dual-closed-loop control method based on the position measurements in both task and joint spaces; and vibration suppression methods based on an intensive study of the vibration mechanism. It is believed that the successful implementation of this project will become a valuable asset for updating and upgrading the precision manufacturing industry of Zhejiang Province and China as well. This project could also improve China’s research and development levels in the area of high-precision manipulators, and in turn enhance the development of related disciplines.
宏微操作机器人是精密制造装备实现大行程高精度定位的关键装置,但因宏微系统耦合,尤其是宏系统频繁启停会严重影响微系统的精度和稳定时间,难于满足精密制造装备在几百毫米工作范围内快速实现纳米级定位精度的苛刻要求。本项目以行程几毫米、精度达到纳米级的三自由度微定位系统和行程几百毫米的二自由度宏运动系统所组成的宏微操作机器人为导向目标,重点研究高速高效运动机构及大推力密度/低推力波动直驱电机的优化设计方法,实现系统的轻量化、精密化设计;建立宏微系统及柔性并联机构的运动学、动力学分析方法,揭示系统的微扰动作用机制及宏微耦合效应的规律;探讨先微后宏、宏微解耦的协调控制策略,建立基于任务和关节空间位置检测的双环双频控制方法;阐明宏微系统的振动机理,提出振动抑制方法。本项目的实施不仅对浙江和我国精密制造业的升级换代具有重要价值和意义,也对提高我国高精度操作机器人研究水平,促进相关学科发展具有积极的推动作用。

结项摘要

宏微操作机器人是精密制造装备实现大行程和高精度定位的关键装置,然而宏微系统之间存在耦合,尤其是宏平台频繁起停严重影响了微平台的定位精度和稳定时间,难以满足精密制造装备在几百毫米工作范围内快速实现微纳米级定位精度的苛刻要求。本项目以实现大行程高精度定位为目标,重点研究了高刚度长行程棋盘式宏动平台的构型设计、动力学建模与控制;基于柔性支撑和高推力密度音圈电机的单自由度微纳定位装置设计方法;大行程平面三自由度柔顺并联机构的设计、运动学和动力学建模;基于主动涡流阻尼的宏平台振动抑制和基于被动阻尼和柔性铰链的微平台振动抑制等关键问题,完成了宏微平台的系统集成,通过建立宏微耦合动力学模型分析了宏微耦合作用机理,提出了宏微电机控制器参数的同步优化方法,提高了系统的鲁棒性。通过对步进扫描轨迹分配的研究,提出了以微带宏的宏微协调控制策略,实现了大行程高精度定位。

项目成果

期刊论文数量(24)
专著数量(1)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(13)
专利数量(23)
Parameters Optimization and Experiment of A Planar Parallel 3-DOF Nanopositioning System
平面并行三自由度纳米定位系统参数优化与实验
  • DOI:
    10.1109/tie.2017.2736502
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS
  • 影响因子:
    7.7
  • 作者:
    Ruizhou Wang;Xianmin Zhang
  • 通讯作者:
    Xianmin Zhang
Realtime in-plane displacements tracking of the precision positioning stage based on computer micro-vision
基于计算机微视觉的精密定位台面内位移实时跟踪
  • DOI:
    10.1016/j.ymssp.2019.01.046
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Mechanical Systems and Signal Processing
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Hai Li;Benliang Zhu;Zhong Chen;Xianmin Zhang
  • 通讯作者:
    Xianmin Zhang
Design of fully decoupled compliant mechanisms with multiple degrees of freedom using topology optimization
使用拓扑优化设计具有多自由度的完全解耦柔顺机构
  • DOI:
    10.1016/j.mechmachtheory.2018.04.028
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    MECHANISM AND MACHINE THEORY
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Benliang Zhu;Qi Chen;Mohui Jin;Xianmin Zhang
  • 通讯作者:
    Xianmin Zhang
Error modelling and motion reliability analysis of a planar parallel manipulator with multiple uncertainties
多不确定性平面并联机构误差建模与运动可靠性分析
  • DOI:
    10.1016/j.mechmachtheory.2018.02.005
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Mechanism and Machine Theory
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Zhenhui Zhan;Xianmin Zhang;Zhicong Jian;Haodong Zhang
  • 通讯作者:
    Haodong Zhang
A Level Set Method With a Bounded Diffusion for Structural Topology Optimization
结构拓扑优化的有界扩散水平集方法
  • DOI:
    10.1115/1.4039975
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Mechanical Design
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Benliang Zhu;Rixin Wang;Hai Li;Xianmin Zhang
  • 通讯作者:
    Xianmin Zhang

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其他文献

赤泥基铁水预处理脱硅脱磷剂的设计与开发 Design and Development of Red Mud-Based Desilication and Dephosphorization Agent for Hot Metal Pretreatment
铁水预处理赤泥基脱硅脱磷剂的设计与开发
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  • 发表时间:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    姜茂发
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    栾亦琳;刚铁;张驰
  • 通讯作者:
    张驰
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    辽宁工程技术大学学报,25卷增刊:109-111,2006
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周惠成*;李伟;张驰;高永敏
  • 通讯作者:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    徐慧宁
多天线通信系统抗干扰算法的比较研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    程丰;张驰;李野
  • 通讯作者:
    李野

其他文献

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轻量化双向驱动外骨骼机器人设计与控制方法研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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