新型微夹钳技术研究

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1、华中科技大学硕士学位论文新型微夹钳技术研究姓名：蔡建华申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：黄心汉20060513摘要微机器人是近年来机器人领域研究的热点之一，根据实际操作的尺寸和用途的不同，可分为微型机器人和微操作机器人。而微装配机器人是微操作机器人中的一个重要分支，是机器人化装配与微操作技术结合的产物，目前在微零件装配、微机电系统（MEMS）、精密光学等领域有着广泛的应用前景。本文以微装配机器人系统的研制为背景，以微夹钳技术在微装配中的应用为主线，着重对微夹钳的机械结构、微夹钳的驱动装置、控制器的设计等进行了相应的研究与讨论，并且对

2、微夹钳进行了分析，建立了相应的数学模型，通过理论推导实现对夹持力的检测。在863计划项目的支持下，在我们自行研制的微装配机器人系统基础上，提出了一种新型的基于压电双晶片的微夹钳。该微夹钳采用双悬臂梁结构，由直流电源驱动，能很好地完成微装配任务要求的抓取、释放等操作。本文主要的突破点在于在微夹钳的基础上集成了微力感知功能。通过微夹钳根部的应变信号来判断是否夹紧物体以实现自动夹取功能；同时实现微夹持力的检测与控制，从而保证不损伤被夹持微小零件。详细讨论了压电悬臂梁的数学模型以及受力模型，分别分析了压电双晶片的微位移－电压、夹持力－应变的关系；并根据应变信

3、号计算出微夹钳的夹持力。实验证明该微夹钳工作可靠，能够满足微装配机器人装配任务的要求。论文结尾对全文做了总结，并对微装配机器人技术、微夹钳技术、信息反馈等进行了展望。关键词：微装配机器人，微夹钳，压电双晶片，微力检测IAbstractMicroroboticsisoneofthemostimportanttechnologicaltrendsintherecentyears,whichcanbeclassifiedintomicro-robotandmicromanipulatorbytheirsizeanddesignedpurpose.Asone

4、kindofmicromanipulators,microassemblyrobotisthecombinationofroboticassemblyandmicromanipulation.Anditisdemandinginvariousfields,suchasmicro-partsassembly,MEMS(MicroElectroMechanicalSystems)andpreciseopticalprojects.Thisdissertationmainlyaimstotheapplicationofmicrogrippertechnol

5、ogyinmicroassemblysystemandseveraltopics,suchasthestructure,driverandcontrollerofthemicrogripper,havebeendiscussedindetail.Wehaveanalyzedandmodeledthemicrogripper,andthengivethegripping-forcetheoretically.Accordingtothebackgroundofourmicroassemblyrobotsystemwhichissupportedbyth

6、eNationalHighTechnologyResearchandDevelopmentProgramofChina,wehavemadeastudyandpresentanewstructuremicrogripperbypiezoelectricbimorph.Themicrogripperisbasedonthedualcantileversstructureandisdrivenbytwopiezoelectricbimorphs,andcancompletegripandreleaseactionswhicharedemandedbymi

7、croassemblytasks.Themaininnovativepointisthatthemicrogripperisintegratedbythemicro-forcedetection.Itcanjudgeweatherthemicroobjecthasbeenclampedandhowmuchforcetheobjectissufferedbythestrainsignalattherootofmicrogripper.Sowecanmakesurethemicroobjectsnotbedestroyedbylargerforce.In

8、addition,wemodeledthepiezoelectricbimorphandmakethemic