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

1、近年來(lái)，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(duì)精密定位技術(shù)的要求越來(lái)越高。本文在對(duì)現(xiàn)有柔順微定位平臺(tái)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(tái)，該平臺(tái)采用了不同類型的柔性運(yùn)動(dòng)副，以壓電陶瓷為驅(qū)動(dòng)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(tái)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(tái)的機(jī)構(gòu)自由度和運(yùn)動(dòng)輸出特性、柔性運(yùn)動(dòng)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(duì)平面三自由度柔順微定位平臺(tái)進(jìn)行較為深入和細(xì)致的研究，其具體內(nèi)容如下：
　　對(duì)常用的能夠?qū)崿F(xiàn)單向平動(dòng)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(dòng)副的切口輪廓和柔性移動(dòng)副的截面形狀對(duì)對(duì)稱四桿機(jī)構(gòu)輸出位移的影響；針對(duì)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(duì)稱柔順?biāo)臈U機(jī)構(gòu)。
　　基于變截面對(duì)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(tái)，與目前常用的3-RRR

3、平臺(tái)相比，它更適合壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)。介紹了平面三自由度柔順微定位平臺(tái)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(tái)的機(jī)構(gòu)自由度和運(yùn)動(dòng)輸出特性，利用偽剛體模型法和簡(jiǎn)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(guò)對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(guò)對(duì)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(guò)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(tái)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