用于SEM納米操作的粘滑型精密定位工作臺(tái)的研究.pdf

1、基于SEM的納米級(jí)操作機(jī)器人是指以SEM為本體并將納米尺度物體作為操作對象的精密操作系統(tǒng)。由于SEM具有腔室空間大、實(shí)時(shí)圖像反饋等特點(diǎn)，基于SEM的納操作機(jī)器人近年來獲得了廣泛的研究，并逐漸成為人類探索微觀世界的重要工具之一。精密定位工作臺(tái)作為納操作機(jī)器人手臂，其工作性能直接決定了納操作機(jī)器人的最終操作質(zhì)量。因此，為了提升納操作機(jī)器人的操作效率和操作質(zhì)量，本文研制了一套基于SEM納米操作的三自由度精密定位系統(tǒng)。
　　根據(jù)SEM中特

2、殊的操作環(huán)境要求和納操作任務(wù)對精密定位裝置的性能要求，本文設(shè)計(jì)了一套基于粘滑驅(qū)動(dòng)原理的三自由度精密定位工作臺(tái)。采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，三自由度精密定位臺(tái)由兩個(gè)水平定位臺(tái)和一個(gè)豎直定位臺(tái)組成。每個(gè)定位臺(tái)由堆疊型壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)。為提高定位臺(tái)的可靠性、縮小定位臺(tái)體積，定位臺(tái)的結(jié)構(gòu)引入了柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)。該三自由度精密定位工作臺(tái)體積小、重量輕、可靠性高，具有納米級(jí)定位分辨率和毫米級(jí)行程。
　　為了更好地分析各參數(shù)對粘滑型精密定位工作臺(tái)工作性能的影

3、響并為定位臺(tái)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)，本文通過選擇合理的壓電陶瓷模型和摩擦力模型，建立了精密定位臺(tái)的動(dòng)力學(xué)模型。壓電陶瓷模型由理想壓電陶瓷、彈簧和阻尼器組成，摩擦力選用LuGre動(dòng)態(tài)摩擦模型來描述。通過MATLAB/Simulink仿真計(jì)算，所建立的動(dòng)力學(xué)模型可以準(zhǔn)確有效地反映定位臺(tái)實(shí)際的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
　　針對壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的要求，對驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了研究。本文設(shè)計(jì)了壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，并對驅(qū)動(dòng)電路中的功率運(yùn)放單元進(jìn)行了功率損耗及散熱計(jì)算，保