蠕动式压电电流变液进给机构的负位移现象

为研制电流变液作为钳位介质的大行程高精度蠕动式进给机构,以压电陶瓷作为驱动元件,沸石/硅油型电流变液作为钳位介质,研制了蠕动式压电电流变液直线式进给机构样机,并利用计算机编程对机构的进给运动进行了控制,发现机构运动中存在负位移现象并研究了压电陶瓷驱动电压、电流变液钳位电压以及电流变液充放电时间对机构负位移的影响,建立了机构的动力学模型,对影响负位移大小的因素进行了定性探讨。结果表明,机构运动过程中,极板所受的作用力主要是钳位力、阻尼力和压电陶瓷的驱动力,增大钳位力,减小阻尼力,增大驱动力同时减缓驱动力的变化速率,对减小负位移有利。     

压电尺蠖直线电机的结构设计及特性分析与测试

为实现大行程、高分辨率定位,采用推动式结构来设计压电尺蠖直线电机的新构型。首先,采用斜楔式机构及蝶形弹簧对钳位机构进行了设计,并基于柔性结构对驱动机构进行了设计,所设计的电机结构紧凑、易于调节、可断电自锁;其次,采用有限元对钳位机构和驱动机构的静动态进行了仿真分析;最后,搭建了实验系统,对电机的位移、速度、分辨率进行了测试。结果表明:在4.5 mm的运动范围,电机输出位移具有良好的线性,在50 Hz的驱动电压作用下,电机的运动速度为59.1μm/s,电机输出位移的分辨率为24 nm。     

杠杆式尺蠖压电直线驱动器

设计了一种基于尺蠖运动原理的压电直线驱动器,用于解决光学领域中的精密定位问题。该驱动器采用了对称杠杆式位移放大机构,在保证钳紧力的同时,可以获得较大的驱动位移。阐述了尺蠖式压电驱动器的工作原理,对杠杆式柔性放大机构的位移损失、压电陶瓷与柔性机构的耦合特性及箝位机构与中间驱动机构的刚度进行了分析。利用有限元软件Ansys对钳位机构和驱动机构的变形、应力、输出位移和固有频率等参数进行了仿真分析。最后,搭建了实验平台,测试了驱动器的各项性能。测试结果显示,该驱动器的行程为±25mm,钳紧力为17N,承载力为11N,最大和最小步距分别为55μm和60nm。当驱动电压为150V时,驱动器的最高驱动速度为1.259mm/s。得到的性能指标满足光学领域精密定位需要。     

具有2R1T和3R运动模式的并联机构综合

使用位移流形理论综合了具有2R1T与3R两种运动模式的并联机构。选取了一种具有此类运动模式变换的机构,分析了其自由度变换时的位形特征,使用螺旋理论分析了其在不同运动模式下的自由度特征,分析了支链驱动副选取的可行性。结果表明,这种并联机构具有2R1T与3R两种运动模式。这种机构在两种运动模式的一般位形下,使用2个移动驱动副和1个转动驱动副实现对机构的控制。这种机构在两种运动模式的变换位形下,机构处于奇异位形,机构的自由度增加为4。支链2中配置1个辅助移动驱动副,支链2中的转动驱动副和辅助移动驱动副在机构运动模式变换时工作,实现并联机构在2R1T与3R两种运动模式之间变换。     

基于惯性冲击原理的变摩擦式微位移机构运动特性的研究

针对目前无法使用对称的正弦波产生逆压电效应驱动微位移机构的现状,提出了利用正弦波信号驱动压电双晶片振子的技术方案,应用惯性冲击力实现机构的微小位移,建立了机构运动的数学模型。设计了斜面结构使正弦波作用产生的周期性惯性冲击力形成竖直作用于微位移驱动机构的分量,通过改变正压力调整摩擦阻力的大小,并推导了QU相似文献   

3-RPR并联机构的位姿分析及其运动仿真

以3-RPR并联机构为研究对象,对机构进行了运动分析,计算机构的位姿正解和反解,得出机构的六组解,然后用UG软件对机构进行运动分析仿真,分别对于单轴驱动和三轴驱动下机构的动平台的位移,速度和加速度的分析,为该机构的以后的分析研究和开发奠定了基础。     

二自由度大行程无耦合压电粘滑定位平台

针对微操作与微装配任务对多维大范围精密定位运动的需求,采用粘滑驱动原理并结合压电柔顺机构设计二自由度、大行程、无耦合并联定位平台。利用桥式机构对内置压电驱动器进行位移放大,并与复合解耦结构配合构成二维柔顺驱动机构。交叉滚柱导轨则连接移动台与驱动机构,并通过预紧螺钉调整接触摩擦力,进而获得良好的粘滑运动特性。采用有限元法建立定位平台的静力学模型,并对位移放大倍数、应力和固有频率进行仿真分析。最后,搭建实验测试系统验证定位平台的输出性能。实验结果表明：在扫描驱动模式下,驱动电压为150 V时,平台x和y向的输出位移分别为63.84μm和62.61μm,耦合比为0.52%和0.59%,分辨率为6.5 nm和7.2 nm;在步进驱动模式下,驱动电压为120 V时,平台在x和y向的单步位移分别为47.31μm和47.20μm,耦合比为0.69%和0.73%,x正向、x反向、y正向和y反向的运动分辨率分别为0.49,0.47,0.47和0.42μm,最大垂直负载为50 N,设计的压电粘滑定位平台满足所需性能要求。     

3SPS+1PS四自由度并联仿生平台运动学分析

针对3SPS+1PS对称型并联仿生平台,利用螺旋理论对其进行自由度分析得出该机构具有三转一平4个自由度,当平动自由度固定时可用于模拟人体髋关节的三维运动。基于四元数法建立了机构位姿运动方程。以四元数描述机构运动特性,避免了欧拉角描述刚体位姿存在的奇异问题。将髋关节运动曲线作为机构输出运动,基于逆运动学模型仿真出各驱动支链位移变化曲线为平滑曲线,说明该机构在模拟髋关节运动时其驱动支链易于控制。     

钻机顶驱系统背钳机构设计及仿真

针对顶部驱动可靠性及工作环境要求,对背钳机构进行结构设计与仿真。简要介绍了顶部驱动钻井装置的基本结构组成,分析了背钳在顶驱系统中的作用以及它的基本结构组成。对背钳的工作原理作进一步的阐述,并以CATIA软件为设计平台建立背钳夹紧机构模型。对背钳机构进行设计,并在此基础上,经过设计计算以及运用ADAMS软件对背钳系统进行运动学仿真分析,得到背钳机构中的运动部件在背钳夹紧和松开的过程中的速度和加速度运动曲线,初步探索了背钳的运动规律。     

四自由度压电微夹钳的设计

为降低微夹钳前端执行机构的复杂度,探索四自由度压电微夹钳的实现问题。通过在被设计成夹钳形状的两个压电单晶片的非黏结面上制作相互绝缘的驱动电极,且使两个非黏结面上驱动电极相互对齐的方法,设计出了可同时产生夹持方向与垂直于夹持方向位移的四自由度压电微夹钳;采用压电悬臂梁变形理论,推导出了钳指位移同钳指几何参数、驱动电压的关系,进而在对钳指进行尺寸优化的基础上,采用有限元方法分析了其静动态特性;最后,对微夹钳的静动态特性进行了测试,结果表明：当驱动电压为60 V时,左钳指、右钳指在夹持方向上的位移分别为25.7 μm、26.1 μm,左、右钳指在垂直于夹持方向上的位移分别为33.5 μm、32.8 μm,钳指位移具有很好的重复性;微夹钳在夹持方向和垂直于夹持方向的固有频率分别为2.35 kHz、0.62 kHz;在15 V的阶跃电压作用下,微夹钳在夹持方向和垂直于夹持方向的响应时间均为0.23 s。     

尺蠖式直线微驱动器的设计

针对普通尺蠖式直线微驱动器运动速度低和输出力小等问题,基于柔顺机构设计了一种新型尺蠖式直线微驱动器。微驱动器由箝位机构、驱动机构和输出轴组成,其运动特点是驱动机构驱动箝位机构进行往复直线运动,箝位机构带动输出轴作直线运动。箝位机构和驱动机构均采用柔性杠杆结构,保证了微驱动器所需的箝位力与驱动力,并提高了其运动速度。采用伪刚体方法建立了驱动电压与箝位力、驱动机构输入位移与输出位移之间的关系,根据功能原理建立了输入力与驱动力之间的关系并制作了样机,搭建了实验测试系统进行性能测试,测试结果表明,驱动器最大箝位力为216.43N,最大驱动力为13.5N,在驱动电压120V,频率95Hz时,达到最大速度48.91mm/s。     

基于旋转磁铁箝位的压电尺蠖驱动器理论与试验分析

为简化压电尺蠖驱动器信号控制系统并降低摩擦磨损，提出了一种基于旋转磁铁箝位的新型压电尺蠖驱动器。该驱动器利用直流电机带动永磁体转动实现交替箝位，通过激光对射传感器感知永磁体位置产生的激励信号来驱动压电叠堆实现精密直线位移输出。优化了驱动器结构的相关参数，制作了压电尺蠖驱动器样机并对其进行试验测试，结果表明：驱动器性能稳定，最小分辨率为0.119 μm，最高速度和最大载荷分别为481.43 μm/s、950 g。     

旋转尺蠖压电电机驱动机构自由振动分析

提出了一种新型旋转尺蠖压电电机。考虑旋转尺蠖压电电机驱动机构为连续系统,建立了驱动机构动力学模型;利用该动力学模型求解了样机驱动机构的固有频率和模态函数。分析了系统参数对驱动机构固有频率的影响规律,为旋转尺蠖压电电机的设计打下了理论基础。     

箝位体刚度平衡对被动箝位压电驱动器性能的影响

基于前期研制的被动箝位直线压电驱动器,研究了带有三角放大结构的箝位体的刚度平衡对其有效输出位移和驱动器性能的影响。实验和有限元仿真分析显示:刚度不平衡时,箝位体结构产生的偏转位移会导致三角放大结构水平输出位移降低,箝位体对导轨放松程度较小,驱动器性能较低。文中提出用增加刚度平衡板的方法使箝位压电叠堆两侧等效拉伸刚度相等,并利用有限元仿真确定了刚度平衡板尺寸。实施上述方法后的实验结果表明:增加刚度平衡板后,箝位体水平运动位移增加,从而提高了箝位体动态响应频率和箝位体对导轨的释放程度,显著提高了驱动器性能。刚度平衡后,驱动器动态响应频率为450Hz,最大驱动力为7N,最大空载运行速度为1.49mm/s。     

新型蠕动式微细电火花加工机构

阐述了小型微细电火花加工机构的研究现状。针对现在遇到的主要问题,设计开发了一种新型的管状结构蠕动式微细电火花加工机构。介绍了该新型机构的原理和实现方式,并对其主要部件进行了理论建模和有限元分析。该新型机构能够对微细电极进行较为有效精确的夹持和定位,响应速度较高,其结构对称,紧凑可靠,可以实现从任意方位任意角度进行加工,有较高的实用价值。     

压电微位移精密驱动器的设计研究

根据压电微位移精密驱动器的结构特点,将其分为直动型、位移放大型、位移累积型三大类.分析了基于杠杆原理和压曲原理的位移放大式驱动器;研究了蠕动式、惯性式、滚动式位移累积型驱动器,并给出了各类型新颖的代表机构.最后归纳了压电微位移精密驱动器结构设计的一般原则和设计经验.文中对压电精密微位移驱动器的设计工作具有借鉴和指导意义.     

Sliding mode control of the inchworm displacement with hysteresis compensation

This paper proposes a new modeling scheme to describe the hysteresis and the preload characteristics of piezoelectric stack actuators in the inchworm. From the analysis of piezoelectric stack actuator behavior, the hysteresis can be described by the functions of a maximum input voltage and the preload. The dynamic characteristics are also identified by the frequency domain modeling technique based on the experimental data. The hysteresis is compensated by the inverse hysteresis model for precise control of inchworm displacement. Since the dynamic stiffness of an inchworm is generally low compared to its driving condition, the mechanical vibration may degrade accuracy of the inchworm. Therefore, the SMC (Sliding Mode Control) and the Kalman filter are developed for the motion control of the inchworm. The feasibility of the proposed modeling scheme and the control algorithm is tested and verified experimentally.     

基于导通角调节的双足式尺蠖电机驱动

为了解决尺蠖电机难以兼顾高速和高精度的问题,提出一种基于导通角调节的驱动方法,对V形双足式尺蠖电机的机电耦合模型、驱动方法和运动机理等进行了研究。根据设计的V形双足式尺蠖电机结构建立其机电耦合模型,基于导通角调节确定尺蠖电机驱动方法。分析V形双足式尺蠖电机运动机理,并搭建实验平台进行实验验证。实验结果表明:在一定允许误差的范围内,实验结果与理论推导相符,验证了驱动方法的合理性与可行性。引入导通角,最小步距由500 nm降低到330 nm,降低了34%;通过同时调节频率f和导通角α,可使电机具备0.5 mm/s的最大驱动速度和330 nm的最小步距的能力。引入变量导通角α,成功实现了电机步距和驱动速度的独立调节。