平面三自由度柔順微定位平臺結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)研究.pdf

1、近年來，隨著半導(dǎo)體集成技術(shù)、生物工程、計(jì)量科學(xué)技術(shù)、納米科學(xué)與技術(shù)等的不斷發(fā)展，系統(tǒng)和設(shè)備對精密定位技術(shù)的要求越來越高。本文在對現(xiàn)有柔順微定位平臺關(guān)鍵機(jī)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新設(shè)計(jì)出了一種平面三自由度柔順微定位平臺，該平臺采用了不同類型的柔性運(yùn)動副，以壓電陶瓷為驅(qū)動裝置，具有剛度大、分辨率高、能耗低和體積小等優(yōu)點(diǎn)。
　　本文從平臺的整體方案設(shè)計(jì)和各主要部件功能分析的角度，在微定位平臺的機(jī)構(gòu)自由度和運(yùn)動輸出特性、柔性運(yùn)動副的柔度計(jì)算、整

2、體機(jī)構(gòu)的剛度分析及其樣機(jī)研究等方面對平面三自由度柔順微定位平臺進(jìn)行較為深入和細(xì)致的研究，其具體內(nèi)容如下：
　　對常用的能夠?qū)崿F(xiàn)單向平動的三種柔順?biāo)臈U機(jī)構(gòu)的輸入輸出特性進(jìn)行了分析；探討了柔性鉸鏈轉(zhuǎn)動副的切口輪廓和柔性移動副的截面形狀對對稱四桿機(jī)構(gòu)輸出位移的影響；針對以上分析和探討提出了一種高效、低耦合的直線機(jī)構(gòu)—變截面對稱柔順?biāo)臈U機(jī)構(gòu)。
　　基于變截面對稱柔順?biāo)臈U機(jī)構(gòu)創(chuàng)新的提出了3-PRR柔順微定位平臺，與目前常用的3-RRR

3、平臺相比，它更適合壓電陶瓷驅(qū)動。介紹了平面三自由度柔順微定位平臺的工作原理及其各主要部分的功能特點(diǎn)；分析了微定位平臺的機(jī)構(gòu)自由度和運(yùn)動輸出特性，利用偽剛體模型法和簡化法得出了位移放大機(jī)構(gòu)和3-PRR機(jī)構(gòu)的正反解方程，在此基礎(chǔ)上得到整體機(jī)構(gòu)的輸入輸出位移方程，通過對其進(jìn)行直接微分得到整體機(jī)構(gòu)的雅克比矩陣。
　　利用卡氏第二定理得到了變截面對稱柔順?biāo)臈U機(jī)構(gòu)在其工作平面內(nèi)的柔度計(jì)算公式，分析了各方向柔度系數(shù)隨對稱四桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化規(guī)

4、律；利用ANSYS軟件建立變截面對稱柔順?biāo)臈U機(jī)構(gòu)的有限元模型并進(jìn)行了仿真分析，通過對有限元分析數(shù)據(jù)、理論計(jì)算數(shù)據(jù)兩者進(jìn)行比較分析，驗(yàn)證了推導(dǎo)的計(jì)算公式具有較高的計(jì)算精度；利用功能轉(zhuǎn)化原理建立了機(jī)構(gòu)的整體剛度矩陣，得出了機(jī)構(gòu)輸出位移與輸入力之間的關(guān)系，通過ANSYS有限元仿真驗(yàn)證了剛度計(jì)算模型的正確性；給出了在平臺輸出轉(zhuǎn)角一定的條件下機(jī)構(gòu)的可達(dá)工作空間的形狀，并分析了機(jī)構(gòu)工作空間的面積與輸出轉(zhuǎn)角的關(guān)系。
　　基于以上分析和研究，建立