一種四自由度微動(dòng)柔順平臺(tái)的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、基于柔順機(jī)構(gòu)的定位或調(diào)整裝置目前廣泛地應(yīng)用于各種新型的高科技領(lǐng)域，在微機(jī)電，機(jī)器人以及生物醫(yī)療等領(lǐng)域中發(fā)揮著不可替代的作用。本文意在設(shè)計(jì)一種具有DxDyRxRy四自由度的柔順微動(dòng)平臺(tái)，并基于螺旋理論對(duì)它進(jìn)行相關(guān)的分析和研究。
　　本文首先提出柔順微動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路。利用約束螺旋理論論證了無法綜合出具有xy2R xy2T四自由度的中心對(duì)稱剛性并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)論。通過在Awtar二自由度柔順平臺(tái)的基礎(chǔ)上搭載具有RxRy微轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的柔順結(jié)

2、構(gòu)，綜合出了一種具有DxDyRxRy四自由度的柔順微動(dòng)結(jié)構(gòu)方案，并用SOLIDWORKS軟件建立了這種柔順機(jī)構(gòu)的三維模型。
　　其次，闡述了應(yīng)用螺旋理論分析柔順機(jī)構(gòu)自由度的原理和方法。將所設(shè)計(jì)的柔順微動(dòng)機(jī)構(gòu)分解為相互串聯(lián)或并聯(lián)的柔順單元，利用螺旋量的坐標(biāo)變換逐步地推導(dǎo)出了柔順滑移鉸鏈和柔順虎克鉸鏈以及各柔順支腿的自由度空間矩陣或約束空間矩陣，最終導(dǎo)出整個(gè)柔順微動(dòng)平臺(tái)的自由度空間矩陣表達(dá)式，從而表示并驗(yàn)證了柔順機(jī)構(gòu)所具有的DxDyR

3、xRy四自由度。
　　然后，應(yīng)用螺旋理論中力螺旋和運(yùn)動(dòng)螺旋的概念推導(dǎo)得到了柔順滑移鉸鏈在小形變范圍內(nèi)的線性柔度矩陣，對(duì)于其軸向柔度，通過有限元仿真對(duì)理論結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，兩者的相對(duì)誤差為1.3％。對(duì)于柔順虎克鉸，通過仿真得到了它的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度的柔度值。利用螺旋理論推導(dǎo)了柔順微轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)的輸入柔度表達(dá)式，它是柔順微轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)中作用的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)位移與動(dòng)平臺(tái)的微旋轉(zhuǎn)角度之間的關(guān)系。又進(jìn)一步推導(dǎo)得到了動(dòng)平臺(tái)輸入柔度表達(dá)式的簡(jiǎn)化形式，并通

4、過有限元進(jìn)行了仿真分析，表明理論結(jié)果與仿真結(jié)果的相對(duì)誤差約為7.3％。
　　最后，針對(duì)所設(shè)計(jì)的四自由度柔順平臺(tái)的工作空間進(jìn)行了分析，由于Awtar平動(dòng)柔順機(jī)構(gòu)與柔順微轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)的工作空間相互之間不耦合的特點(diǎn)，而采用分別求解然后進(jìn)行疊加的分析方法。以1.3的安全系數(shù)下材料達(dá)到彈性極限作為柔順機(jī)構(gòu)處于工作空間邊界的判斷依據(jù)，通過有限元仿真得到動(dòng)平臺(tái)在16處等間距的旋轉(zhuǎn)方向上的最大轉(zhuǎn)角，進(jìn)而利用MATLAB進(jìn)行曲面插值得到了動(dòng)平臺(tái)在整