基于粘滑驅(qū)動原理的跨尺度納米級定位平臺研究.pdf

1、微納技術(shù)的出現(xiàn)解決了許多工業(yè)和科學領域中存在的難題，給社會帶來了巨大的經(jīng)濟價值。隨著其不斷的發(fā)展，微納技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于新材料制造、精密儀器設備制造、生物醫(yī)學和航空航天等領域中。微驅(qū)動精密定位技術(shù)作為微納技術(shù)的關鍵部分，其發(fā)展水平嚴重影響了微納技術(shù)的發(fā)展。傳統(tǒng)的微驅(qū)動精密定位技術(shù)中能夠獲得較高精度的位移，但是運動范圍較小。當應用傳統(tǒng)的微驅(qū)動精密定位技術(shù)獲得較大行程時，其設備尺寸往往較大。然而，隨著微納技術(shù)的不斷發(fā)展，被操作對象的尺寸越來

2、越小，自動化要求越來越高，這需要借助電子掃描顯微鏡(SEM)等工具對被操作對象進行實時的觀察，從而達到自動化精確操作。但由于電子掃描顯微鏡(SEM)真空腔體積較小，傳統(tǒng)的微驅(qū)動精密定位技術(shù)因為尺寸問題無法應用于該設備中。因此具有納米級精度，毫米級行程，尺寸較小的新型微驅(qū)動定位技術(shù)已經(jīng)成為微納技術(shù)中急需解決的問題。這對精密定位技術(shù)的運動方法和結(jié)構(gòu)設計提出了新的挑戰(zhàn)和要求。本文就是在這種背景下，提出了一種新型的跨尺度微驅(qū)動精密定位技術(shù)—粘滑

3、驅(qū)動技術(shù)，并對其關鍵技術(shù)進行分析與研究。
　　本文在江蘇省杰出青年基金“基于SEM跨尺度納米操作機驅(qū)動機理及自動化操作方法研究”(項目編號為BK2012005)資助下，針對現(xiàn)有的跨尺度精密定位技術(shù)方法及各自的優(yōu)缺點，提出了基于粘滑驅(qū)動原理跨尺度納米級定位平臺設計方案。分別從粘滑驅(qū)動定位平臺的設計，粘滑驅(qū)動定位平臺的通用一體化動力學模型的建立和分析，以及樣機的實驗等方面進行深入研究。在定位平臺設計方面，為了使定位平臺能夠同時滿足納米

4、級精度，毫米級行程，尺寸較小的要求，本文采用了粘滑驅(qū)動原理來設計定位平臺。定位平臺采用壓電陶瓷致動器作為驅(qū)動元件，采用平行板柔性鉸鏈作為傳動機構(gòu)實現(xiàn)位移的傳遞。為了使設計的粘滑驅(qū)動定位平臺能夠分別實現(xiàn)水平和垂直方向上的運動，設計了摩擦力調(diào)節(jié)機構(gòu)。此外，摩擦力調(diào)節(jié)機構(gòu)可用于提高定位平臺的運動性能。在粘滑驅(qū)動定位平臺動力學模型的建立方面，分別對驅(qū)動元件建立電學模型和機械模型，并對驅(qū)動元件，柔性機構(gòu)建立驅(qū)傳動動力學模型，并結(jié)合LuGre摩擦模

5、型，建立適用于定位平臺在水平方向上運動和垂直方向上運動的通用一體化動力學模型。在對粘滑驅(qū)動定位平臺進行動力學仿真方面，分別對水平運動的粘滑驅(qū)動定位平臺和垂直運動的粘滑驅(qū)動定位平臺進行動力學仿真，分析平臺水平和垂直運動時，各個參數(shù)對定位平臺的性能的影響。同時分析定位平臺實現(xiàn)垂直方向的往返運動時所需要滿足的條件?；谏鲜龇抡娼Y(jié)果，對粘滑驅(qū)動定位平臺進行最終結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并對傳統(tǒng)的鋸齒波進行改進，提升定位平臺的性能。在粘滑驅(qū)動定位平臺樣機設計與實