【正文】 在此我要向王老師致以最衷心的感謝和深深的敬意?；谝延械姆治雠c研究，對(duì)于后續(xù)研究工作有以下方面可以作進(jìn)一步努力加以改進(jìn)和完善：①對(duì)建立的夾持臂位移模型，由于它是基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上計(jì)算得出的，由于實(shí)驗(yàn)儀器、條件、環(huán)境等影響實(shí)驗(yàn)存在一定得誤差，因此如果能在理論上行建立夾持臂位移模型，將會(huì)更加準(zhǔn)確。該壓電微夾鉗的控制量是電壓V，反饋信號(hào)是夾持臂的應(yīng)變信號(hào)ε。 /4衰減振蕩法參數(shù)設(shè)置表調(diào)節(jié)方式PPIPID要使該微夾鉗系統(tǒng)要能產(chǎn)生理想的位移和適中的夾持力，我們通過應(yīng)變檢測(cè)夾持臂受到的力以及夾持臂的位移并通過控制壓電陶瓷執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)電壓來調(diào)節(jié)力與位移，本章針對(duì)這一問題提出了微夾鉗控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。但是得到的控制器的參數(shù)并不能直接應(yīng)用，還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。其原因是由于存在有較大慣性環(huán)節(jié)或有滯后組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。② 積分(I)控制在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。位移傳感器和力傳感器驅(qū)動(dòng)電源微夾鉗夾爪PID控制器前饋控制Ux2Uf2XoutFout－＋－＋1/K1/KUxinUfinUx1Uf1圖 帶前饋控制環(huán)節(jié)的PID閉環(huán)控制系統(tǒng)前饋控制的基本概念是測(cè)量重要的干擾變量，然后在它們影響到控制結(jié)果之前采取校正作用。選擇了放大倍數(shù)為40和200進(jìn)行測(cè)試。①線性度電路放大倍數(shù)為40和200時(shí)。 offset drift of 低噪聲Low input voltage noise of 9 at 1 kHz一般情況下噪聲的頻率很高，采用低通濾波器將信號(hào)中的高頻噪聲予以衰減濾除。由于這種儀用放大電路封裝好的芯片在市場(chǎng)上有賣，故選擇封裝好的芯片AD620。由于現(xiàn)處于實(shí)驗(yàn)階段，dSPACE有內(nèi)帶的A/D轉(zhuǎn)換模塊，故不用設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換電路，若以后繼續(xù)深入研究可將其完整。靜態(tài)操作時(shí)基本不存在有效電流，漏電流也只有微安級(jí)或更低。而判斷是否接觸到微小物體并且產(chǎn)生了多大的力，我們是通過檢測(cè)應(yīng)變得出的。由于粘附力大于重力，這樣就造成了夾鉗在微操作過程中不能正常釋放物體。對(duì)于這種方法確定傳遞函數(shù)，我們利用MATLAB自帶的系統(tǒng)辨識(shí)工具箱（System Identification Tool）輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)，從而求出被測(cè)對(duì)象的傳遞函數(shù)。for m=1:600。 end。時(shí)域測(cè)定法所采用的測(cè)試設(shè)備簡(jiǎn)單，測(cè)試工作量小，因而應(yīng)用廣泛，但其測(cè)試精度不高。在經(jīng)過合適的標(biāo)定后，通過應(yīng)變片輸出信號(hào)可得夾爪位置信號(hào)。選用國(guó)產(chǎn)HU1011K半導(dǎo)體應(yīng)變片，其靈敏系數(shù)＝150（）。對(duì)于精確的穩(wěn)定裝配和操作，力反饋是非常重要的，由于微夾鉗的尺寸很小，電阻應(yīng)變片力傳感器比較適合微夾鉗的小尺寸。對(duì)于金屬材料的電阻，很小，可忽略，則金屬電阻的靈敏系數(shù)。微夾鉗中的力傳感器用于測(cè)量微夾鉗與被夾持物之間的夾持力，位置傳感器用于測(cè)量微夾鉗夾爪的位置。但與傳統(tǒng)的宏裝配不同的是當(dāng)被夾持物的幾何尺寸小于1 mm時(shí)，微夾鉗和被夾持物之間的粘附力將大于被夾持物的重力，成為主要作用力。實(shí)現(xiàn)位移傳感的應(yīng)變片粘貼在平行四邊形機(jī)構(gòu)的單邊切口柔性鉸鏈上。單片微夾鉗柔順機(jī)構(gòu)的杠桿機(jī)構(gòu)末端與微執(zhí)行器相連。將機(jī)構(gòu)中的A、B、C、D四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副用柔性鉸鏈替代，便得到平行四邊形柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)，設(shè)為各柔性鉸鏈的彎曲剛度，則單平行四桿機(jī)構(gòu)的輸出位移d為 ()垂直方向位移 ()本文設(shè)計(jì)的微夾鉗柔順機(jī)構(gòu)利用平行四桿機(jī)構(gòu)平行移動(dòng)的特點(diǎn)，讓平行四桿機(jī)構(gòu)充當(dāng)二級(jí)杠桿在實(shí)現(xiàn)位移放大的同時(shí)保證微夾鉗夾爪的平行移動(dòng)。(a)(b)：(a)反向驅(qū)動(dòng)，(b)同向驅(qū)動(dòng)(a)所示為基于壓桿失穩(wěn)原理的橋式放大機(jī)構(gòu)，其輸出位移y與輸入位移x之間的關(guān)系為 () 基于壓桿失穩(wěn)原理的放大機(jī)構(gòu)：(a)橋式放大機(jī)構(gòu)，(b)菱形放大機(jī)構(gòu)，(c)橢圓機(jī)構(gòu)(b)所示為菱形放大機(jī)構(gòu)，其輸出位移y與輸入位移x之間的關(guān)系為 ()橢圓放大機(jī)構(gòu)的基本原理與菱形機(jī)構(gòu)類似，其結(jié)構(gòu)為全柔性機(jī)構(gòu)。伯努力－歐拉方程表示如下： ()式中表示梁受到的力矩，表示截面對(duì)z軸的慣性矩，為中型層曲率半徑。單軸柔性鉸鏈可分為片簧式柔性鉸鏈(Leaf type hinges，(a))和切口型柔性鉸鏈（Notch type hinges，(b)(d)）。柔順機(jī)構(gòu)具有能夠減少部件和運(yùn)動(dòng)副總數(shù)的特性，這對(duì)于微型機(jī)構(gòu)的制作是十分有利的，可以用類似于制作集成電路的材料和工藝來加工柔順微型機(jī)構(gòu)。而其他幾種夾持方式要么對(duì)物體材料嚴(yán)格限制，要么對(duì)操作環(huán)境要求苛刻，或是夾持力太小，精度太低，可靠性差等，嚴(yán)重影響了它們的應(yīng)用范圍。伯努力效應(yīng)是指由于流體速度發(fā)生變化而在物體與流體接觸的界面上壓強(qiáng)也隨之變化的現(xiàn)象。一般一種夾持方式需采用一種驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)，有些夾持方式可采用多種驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)，例如采用摩擦力夾持物體的微夾鉗可采用靜電、壓電、電熱等多種驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)。傳感器信號(hào)處理單元包括傳感器供電，信號(hào)的放大，濾波，A/D轉(zhuǎn)換等電路，例如：用于應(yīng)變式傳感器的惠斯通電橋電路等。驅(qū)動(dòng)模塊用于提供夾持力，夾持模塊用于傳遞夾持力。重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容：微力信號(hào)的檢測(cè)處理，主要包括力信號(hào)的獲取、放大、濾波、轉(zhuǎn)換和傳輸；微夾鉗PID閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。目前國(guó)內(nèi)制作出基于各種驅(qū)動(dòng)原理的微夾鉗，帶力檢測(cè)控制系統(tǒng)的微夾鉗已經(jīng)處于起步階段，天津大學(xué)研制出了一種用于顯微外科手術(shù)的具有力感知的手指系統(tǒng)。由于光束偏轉(zhuǎn)的高電磁抗干擾能力和高分辨率，它在微力傳感技術(shù)中顯示了巨大的潛力，[30]。恰當(dāng)?shù)陌惭b應(yīng)變傳感器位置，能保證微力的準(zhǔn)確測(cè)量。 力反饋控制系統(tǒng)在微力傳感器的發(fā)展方面，隨著微機(jī)械加工技術(shù)在過去二十年間的逐步成熟，各種MEMS傳感器得到了迅速發(fā)展。 視覺伺服控制系統(tǒng)到目前為止，顯微視覺仍然是獲取微裝配信息有效可靠的手段。(a) (b) (a) LIGA鎳微夾鉗 (b) EDM高彈性合金微夾鉗 壓電陶瓷雙晶片驅(qū)動(dòng)微夾日本的Seki研制了雙懸臂梁結(jié)構(gòu)壓電雙晶片微夾鉗[15]，該夾鉗采用商業(yè)化的壓電雙晶元件(Mitsubishi Kasei MPEC1: 6mm x 25mm x in thickness)，一端粘在不銹鋼基底上構(gòu)成懸臂梁，一端粘有不銹鋼尖端。主要的問題在于是微夾持器的微型化、集成化、以及智能化等，這是亟需解決的問題壓電陶瓷具有響應(yīng)速度快，分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，因此在國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)的微夾鉗中壓電驅(qū)動(dòng)是最常見的驅(qū)動(dòng)方式之一。德國(guó)夫朗霍費(fèi)生產(chǎn)技術(shù)與自動(dòng)化研究所研制出一種用用酒精作為粘附液的粘附夾持方案[7]。該夾持器由表面硅工藝制作，采用了梳狀電容結(jié)構(gòu)，主體部分由多晶硅構(gòu)成，厚2 μm，最大長(zhǎng)度500 μm，在20 V電壓下微夾持臂位移量為10 μm。關(guān)鍵詞：微裝配與微操作，微夾鉗，力/位置控制，位移模型，前饋補(bǔ)償，PID控制 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ABSTRUACTABSTRACTMicroassembly robot is demanding in various fields, such as microparts assembly, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)and precise optical projects. As the endeffector of microassembly robot, Microgripper directly determine the effectiveness of robots. As the piezoelectric ceramic actuator has a pact structure, high resolution, fast response, nonfriction, etc., the microgripper with piezoelectric actuation are mon. The piezoelectric ceramic actuators present the strong hysteresis nonlinear relationship between output displacement and driving voltage, which lets the control for the piezoelectric ceramic actuators be difficult. In this dissertation, aiming at this difficulty, the closed loop feedback control system with feedforward pensation and PID feedback is proposed and studied for microgripper which make pensation for the strong hysteresis relationship between output displacement and driving voltage by the feedforward pensation and realize the closed loop feedback control system with the PID feedback to make Compensate for model error and immeasurability interference.The major research works pleted in this dissertation include:①Aiming at that it is difficult to establish the displacement model of microgripper in theory, the relationship between output displacement and driving voltage of the piezoelectric ceramic actuator is fixed through experiments. Then the displacement model is established through the least squares system identification or recognition MATLAB function. Finally, the displacement of sensor is calibrated.②In order to realize the displacement control of the microgipper arms, the microgripper control system which consists of the Wheatstone bridge, strain signal processing circuit, dSPACE and host puter is designed. The strain signal processing circuit consists of amplifier, filter, zerooffset correction circuit is proposed and studied. The research results show that the strain signal processing circuit has good performance through experimental analysis. ③ In this dissertation, aiming at the hysteresis nonlinear relationship between output displacement and driving voltage of the piezoelectric ceramic actuator, the closed loop feedback control system with feedforward pensation and PID feedback is proposed and studied. Basing on fixing the displacement function, the PID parameters is tuned by using Ziegler Nichols Act in MATLAB, which simplify the process of parameter tuning. Keywords: microassembly and microoperation, microgripper, force/position control, displacement model, feedforward pensation, PID controlIII重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄目 錄中文摘要 IABSTRACT II1 緒論 1 引言 1 微夾鉗的發(fā)展現(xiàn)狀 1 2 壓電體驅(qū)動(dòng)的柔性機(jī)構(gòu)微夾鉗