智能制造中的微操作/微装配系统基础技术研究

【摘要】：智 能 制 造 中 的 微 操 作 / 微 装 配 系 统 , 作 为 微 机 电 系 统 (MEMS, Micro-Electro-Mechanical System)的核心,是微细智能制造的重要实现手段,得到了越来越多的重视和应用。本文在国家自然科学基金重大项目“支持产品创新的先进制造技术中的若干基础研究”(项目批准号:59990470)及自然科学基金项目“智能微机电系统视觉/力觉/位移混合检测与控制技术”(项目批准号:50275078)的资助下,根据调研结果及应用需求建立了应用于微细智能制造的微操作/微装配系统。论文的主要工作及创新点如下: 1.提出了基于切矢转角局部特征的目标识别与定位算法。以自然参数化的边缘曲线上相邻点切矢之间的转角为计算依据,通过对图像与模板的特征曲线进行比较,实现了模板的初步定位。以模板相对于图像的变换参数为变量的目标函数,对目标函数进行最小化,实现了模板的亚像素定位。模板上被遮挡的边缘像素点通过其与图像上最近的边缘像素点之间的距离来确定,由于该点不反映在目标函数中,从而不会影响模板的定位精度。为了满足对三维目标不同深度特征进行观察的需要,在显微视觉系统中增加了局部自动聚焦的功能。 2.采用了 CMAC 神经网络与 PD 控制器结合控制的方法,由 CMAC 神经网络产生前馈输出,PD 控制器产生反馈输出,实现了由图像空间的误差信号向任务空间的控制信号的转换,避免了图像雅可比矩阵的不断调整及其复杂的求逆过程。 3.根据有限元方法对应力、应变所进行的仿真分析,设计并制作了由压电陶瓷堆驱动、基于柔性铰链放大机构的微型夹持器。压电陶瓷堆产生的微小位移由柔性铰链放大机构放大,形成微型夹持器指尖的大范围、高精度的运动。并通过轴孔装配试验对微型夹持器的性能进行了验证。 4.建立了应用于微细智能制造的微操作/微装配系统,并以 Visual C++6.0 和MIL7.5 为开发环境,实现了微操作/微装配系统的控制系统软件。