精密工作臺(tái)的光柵位移測(cè)量和控制系統(tǒng)(編輯修改稿)
2024-08-29 21:31 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ternationa1 Conference on Robotics and Automation[C]，Seou1 Korea．200 1，4：3893—3900[42] YAN R S．etal Towards flapping wing control for a micromechanical flying insect[A]．IEEE Internationa1 Conference on Robotic S and Automation[C]，Seoul Korea．[43] SITTI M，Piezoe1ectrica11y actuated four—bar mechanism with two flexible 1inks for micromechanica1 flying insect thorax[J]．IEEE／ASME Transactions on Mechatronics．2003．8(1)[44] AVADHANULA R J．CAMPOLO D．eta1．Dynamic tuned design of the MFI thorax[A]，IEEE Internationa1 Conference On Robotics and Automat1on[C]．Washington．DC．2002：[45] SHIMADA J．eta1．Prototypingt millirobots using dextrousmicroassembly and on Microrobots[A]．ASME Internationl Mechanical Engineering Conference[C].Orlando．Florida．2000：5一l0．2002，6：83—87．[46] PAROS J M，WEISBORD I ．How to design flexure hinges[J]．Mn(hine Design，1965：15．[47] JOUANEH M，YANG R Y．Modeling of flexurehinge type lever mechanisms[J]．Precision Engineeri”g．2003．27(4)：407—418．[48] wu Y，ZHOU ．An XYO mechanism actuated by one actuator[J]．Mechanism and Machi”P(pán) ThP0ry．2004．39(10)：1 101—1 110．10(2)：143—147．[49] ELMUSTAFA A A，LAGALLY M G．Flexural—hinge guided motion nanopositioner stage for precision machining：finite elementsimulations[J]．PrecisionEngineering，2001，25(1)：77—81．[50] ZETTL B，SZYSZKOWSKI W，ZHANG W J．Accurate low D()F modeling of a planar pliant mechanism with flexure hinges：the equivalent beam methodology[J]．Precision Engineering，2005，29：237—245．2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 方案構(gòu)思 實(shí)現(xiàn)微位移機(jī)構(gòu)的方案比較多，用途也很廣泛，根據(jù)不同的要求，采取不同的方案。應(yīng)以滿(mǎn)足使用要求而又經(jīng)濟(jì)合理為準(zhǔn)則。但作為精度補(bǔ)償用的微動(dòng)工作臺(tái)，因它的精度要求比較高，一般都在亞微米級(jí)以上，所以設(shè)計(jì)時(shí)除滿(mǎn)足使用要求外，還應(yīng)具有良好的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。作為理想精密微動(dòng)工作臺(tái)，應(yīng)滿(mǎn)足下列要求：微動(dòng)工作臺(tái)的支承或?qū)к壐睉?yīng)無(wú)機(jī)械磨擦和無(wú)間隙，使其具有較高的位移分辨率，以保證高的定位精度和重復(fù)精度，同時(shí)還應(yīng)滿(mǎn)足工作行程；微動(dòng)工作臺(tái)應(yīng)具有較高的幾何精度，即顛擺、滾擺和搖擺誤差要小，還應(yīng)具有較高的精度穩(wěn)定性；微動(dòng)工作臺(tái)應(yīng)具有較高的固有頻率，以確保微動(dòng)臺(tái)有良好的動(dòng)態(tài)特性和抗干擾能力，即最好采用直接驅(qū)動(dòng)的方式，無(wú)傳動(dòng)環(huán)節(jié)；微動(dòng)系統(tǒng)要便于控制，而且響應(yīng)速度快。本系統(tǒng)的總體思路：直流電機(jī)接到測(cè)控電路的脈沖信號(hào)和方向信號(hào)。并按直流電機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表要求的狀態(tài)順序產(chǎn)生各相導(dǎo)通和截止信號(hào)。因此．直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的高低、順轉(zhuǎn)或逆轉(zhuǎn)、升速或降速、啟動(dòng)或停止都完全取決于脈沖的有無(wú)、方向或頻率。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)行相應(yīng)的直線位移。通過(guò)光柵位移傳感器測(cè)量當(dāng)前工作臺(tái)的實(shí)際位移。再把測(cè)量到的實(shí)際位移反饋到控制電路?？刂齐娐钒褜?shí)際位移與給定位移進(jìn)行比較。通過(guò)實(shí)際位移與給定位移的偏差實(shí)現(xiàn)對(duì)工作臺(tái)的位置進(jìn)行控制。測(cè)控電路把輸出通過(guò)脈沖信號(hào)傳到直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。從而實(shí)對(duì)工作臺(tái)的校正。其總體方案見(jiàn)圖3單片機(jī)系統(tǒng)放大器直線電機(jī)光柵位移傳感器脈沖處理工作臺(tái) 圖3 總體方案在控制方法的選取上，典型伺服系統(tǒng)如開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)的基本配置、控制原理及控制特點(diǎn)。系統(tǒng)采用直流電機(jī)作為執(zhí)行元件，直線電動(dòng)機(jī)的自身質(zhì)量小，產(chǎn)生的推力由于直接作用在移動(dòng)物體上，故可得到高效率的驅(qū)動(dòng)特性。由于直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)僅由兩個(gè)互不接觸部件組成，沒(méi)有低效率的中間傳動(dòng)部件，也無(wú)機(jī)械滯后以及螺距誤差，從而可達(dá)到高的效率，且其精度完全取決于反饋系統(tǒng)和軸承。當(dāng)用全數(shù)字伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)直線電動(dòng)機(jī)時(shí)，可達(dá)到高剛度和高固有頻率，從而達(dá)到極好的伺服性能。在測(cè)試技術(shù)中，傳感器是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)，它擔(dān)負(fù)著感受和傳輸信號(hào)的重要任務(wù)。傳感器的類(lèi)型是多種多樣的，其優(yōu)缺點(diǎn)也是各有側(cè)重收元件后變?yōu)?。這里采用較高的系統(tǒng)定位精度()、故選擇光柵位移檢測(cè)系統(tǒng)。光柵經(jīng)接周期性變化的電信號(hào)，采用邏輯辨向電路區(qū)別位移的正反向。利用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并顯示結(jié)果，軟件采用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。本測(cè)量設(shè)計(jì)的硬件電路主要由光柵位移傳感器、差分放大電路、細(xì)分與辨向電路、單片機(jī)805A／D 轉(zhuǎn)換和LED 顯示組成。 運(yùn)動(dòng)范圍和精度的實(shí)現(xiàn)，所以在選擇柵距的時(shí)候選250線對(duì)/mm，在經(jīng)過(guò)一個(gè)5倍頻信號(hào)和4細(xì)分電路聯(lián)級(jí)的細(xì)分電路，經(jīng)細(xì)分后的信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)成模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換后的信號(hào)再次通過(guò)1個(gè)上述的20細(xì)分電路，達(dá)到400細(xì)分。計(jì)數(shù)器選擇1個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，經(jīng)細(xì)分后的信號(hào)以一個(gè)柵距4um為一次計(jì)數(shù)，25
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