一种3自由度精密微定位平台的设计与分析

高精度的微定位平台是精密定位技术研究的重要内容之一。采用柔顺机构作为微定位机构及压电陶瓷作为驱动器,设计了一种3自由度精密微定位平台。首先,对设计的微定位平台进行了理论分析,得出了该平台的理论输入与输出关系,同时确定了其行程范围。然后,采用ANSYS有限元方法对该平台在给定输入情况下的变形进行了分析,并对其输出位移进行了仿真。分析结果表明,设计的3自由度微定位平台理论分析结果和仿真分析结果基本吻合。最后,根据分析结果,制作了微定位平台样机。这种高精度的微定位平台在精密定位领域有着广泛的应用前景。     

新型2-DOF高加速定位平台的动态性能研究

微电子封装业的迅速发展对封装设备中的运动定位平台的运行速度以及加速度的要求越来越高,研制新型高加速精密定位机构成为十分迫切的任务。针对这种需求,提出一种新型2-DOF平面并联定位机构,它由直线电机直接驱动含有平行四边形支链的并联杆机构来实现末端平台平面内的平动。采用Largrange方程建立了动力学模型,然后基于奇异值理论得到了机构的速度与加速度极值表达式,分析了平台在关节速度限制下的速度特性,以及在关节力矩限制下平台的加速能力。分析结果表明此定位平台运动最大速度最差可达0.8m/s;最大加速度最差可达12g,最好情况下可达14g。实验验证此定位平台具有高加速度的运动特性,可达上述速度与加速度指标。     

基于模式分类原理精密定位控制技术

由于不同类型的精密定位装置存在着机械传动性能上的差异，使得莫尔信号的变化无法用统一的数学模型描述，因此利用差动莫尔信号在相平面中的疏密分布特性，在聚类分析基础上设计BP神经网络模式分类器，将精密定位控制问题转化为莫尔信号在相平面中的归类问题，由此实现了大步快速驱动与细分步驱动相结合的定位技术。实验表明该方法能够成功应用在精密定位控制中，并灵活解决了定位过程中速度与精度之间的矛盾。     

压电驱动柔性铰链机构传动实现超精密定位

简单介绍压电元件和柔性铰链的概念与特点。列举压电元件与柔性铰链机构结构实现超精密定位的典型例子，包括超精密测量、超精密加工、光学自动聚焦和大行程超精密定位。为使超精密定位工作台的结构紧凑，提出单驱动多自由度运动机构。应用蠕动式的运动原理可合成机构上的多自由度运动，并实现大行程运动。设计了对称结构的柔性铰链机构实现导向功能。制造和装配了微小型平面工作台。     

三自由度并联机构设计及优化

根据PPR支链的特性,分析并联机构的运动原理,设计出PPR驱动链的机械结构,拟定3-PPR并联平台的整体设计方案,优化并联机构和确定运动平台的具体结构设计,对运动台进行自由度分析,对于重要零件的结构用有限元进行分析.设计出的平面3-PPR并联机构,可以通过3个驱动的输入完成平面内的三轴运动,并能进行各种定位台动作;相比串联平面机构,该机构存在累积误差为0、刚性高、定位精度高、动作灵活、结构简单、制造成本低等优点,并克服了一般用于精密定位的3-PRP并联平台运动高度耦合、运动学解法复杂等难点;该机构具有较高的分辨率和简便的控制性能,能满足FPD设备领域对精密对位系统的迫切需求.     

三自由度并联机构设计及优化

根据PPR支链的特性,分析并联机构的运动原理,设计出PPR驱动链的机械结构,拟定3-PPR并联平台的整体设计方案,优化并联机构和确定运动平台的具体结构设计,对运动台进行自由度分析,对于重要零件的结构用有限元进行分析.设计出的平面3-PPR并联机构,可以通过3个驱动的输入完成平面内的三轴运动,并能进行各种定位台动作;相比串联平面机构,该机构存在累积误差为0、刚性高、定位精度高、动作灵活、结构简单、制造成本低等优点,并克服了一般用于精密定位的3-PRP并联平台运动高度耦合、运动学解法复杂等难点;该机构具有较高的分辨率和简便的控制性能,能满足FPD设备领域对精密对位系统的迫切需求.     

一种高精度大行程2R1T并联定位平台

为了解决传统压电陶瓷驱动器所固有的高精度与大行程的矛盾,提出了一种新型可直接外力驱动的三自由度并联精密定位平台,利用压电直线电机直接驱动即可实现大行程与高精度定位。首先,分析了柔性铰链结构参数对其作动行程的影响机理,在此基础上设计了大行程圆柱柔性铰链,并对大行程圆柱柔性铰链的结构参数进行了模糊优化设计;接着,采用两个平移副和一个一体化、大行程圆柱形柔性铰链构建了并联分支链路,采用3条并联支路设计了2R1T并联精密定位平台,并通过坐标齐次变换方法构建了并联平台的运动学模型,推导出了并联平台位姿正反解;最后,对2R1T并联定位平台开展了实验研究。实验结果表明所设计的2R1T并联定位平台具有良好的运动同步性和重复性,利用压电直线电机的步进运动模式可实现精密定位,其平动定位分辨率为0. 09μm,转动定位分辨率分别为0. 8μrad、0. 9μrad和1. 0μrad;利用压电直线电机的连续运动模式可实现大行程空间定位,其平动工作行程为120 mm,转动工作行程分别为6. 18°、6. 74°和6. 58°。借助于压电直线电机的不同工作模式实现了并联平台的精密定位和大行程工作空间两个关键指标,为进一步研究2R1T并联机构的动态性能、精密定位及控制规律的实现等提供了重要的理论价值和实践基础。     

提高回转定位精度：利用过定位误差平均效应

一种利用过定位误差平均效应原理设计的平面转盘多圆柱销定位机构，实现了结构简单、定位精度高的目标，同类结构也用于其他精确定位，精密传动的场合。     

面向MEMS制造的高速精密定位平台的动力学仿真和结构设计

基于音圈电动机直驱,提出一种采用新型弹性解耦机构的2自由度笛卡儿坐标高速高精度定位平台。该平台将电动机放置在基座上,使运动惯量大大减小,从而使实现定位平台的高速高精密运动成为可能。阐述了该定位平台的弹性解耦原理,采用有限元分析与机械系统动态仿真相结合的方法,对定位平台的高速动力学行为进行研究。通过机构的刚体和弹性动力学分析,基于定位平台的动态响应,对弹性解耦机构中的关键部件——弹簧,进行动态优化设计。详尽地探讨了铰链弹性对弹簧刚度和预载选配的影响,以及弹簧刚度和预载对定位平台运动的影响规律,并给出弹簧刚度和预载的匹配曲线,从而为该类制造装备的动力学设计和样机建造奠定了重要理论基础。精度试验表明,该高速精密定位平台的各项指标均达到了设计要求,证明了设计理论的正确性。     

五自由度纳米级定位工作台的设计研究

提出一种新型的五自由度精密定位平台的工作原理及其设计方法。工作台采用柔性导向机构实现平移及转动功能,采用压电陶瓷作为驱动元件,外置纳米级电容传感器作为位移量测量反馈元件,采用数字PID控制方法,可以实现纳米级精度的定位。给出了多种形式柔性导向机构刚度计算公式及设计实例。