超精密柔性压电式微位移机构的研究

设计了一种超精密压电式微位移机构,此机构以压电陶瓷作为驱动器,以对称杠杆式柔性铰链放大机构作为导向机构,弥补压电陶瓷位移行程过小的缺点.机构输出位移由原来的11.6μm放大到100μm,能够满足许多长行程、超精定位运动的需要.对此微位移机构进行定位精度测试,并将它作为位移补偿装置安装于精密滚珠丝杠副驱动的机床上,机床定位精度由原来的1μm上升到0.01μm,定位精度得到显著提高.     

基于光栅干涉相位移动扫描的超精密测量方法

精密定位技术作为精密制造和精密装备的基础,一直制约着我国精密制造和精密装备产业的发展,而纳米级的位移测量技术又是制约精密定位技术发展的一个重要原因.研究了一种基于光栅干涉相位移动扫描原理的纳米级位移测量系统,利用光栅干涉仪实现光学四倍频,再利用条纹移相机构实现信号的进一步细分,获得亚纳米级的测量分辨率.     

压电驱动超精密定位工作台的研究

研究、设计了一种压电式超精密微定位工作台。此工作台在伺服电机驱动的滚珠丝杠进给系统的基础上，采用压电陶瓷作为微位移驱动器，柔性铰链为导向机构，对工作台运动位置自动补偿，实现了超精密定位。文中对柔性铰链机构进行了合理的设计，以实现长行程超精密定位。压电陶瓷配合柔性铰链使用使工作台定位精度达到0．01μm，可满足精密、超精密加工需要。     

六自由度微位移定位平台的设计与试验

压电叠堆与柔性机构构成了微位移的基本形式,其行程与精度、输出力的矛盾需要结合应用要求对结构进行综合设计。针对所构建的超精密加工工具对六自由度微位移的需求,提出了一种以压电叠堆作为驱动元件,以柔性铰链和楔形机构作为传动机构的空间六自由度微位移定位平台。由于压电叠堆需要一定的预紧力才能发挥其微位移精度和输出力的优势,通过静力分析,得出了微位移平台各个自由度驱动力和位移输出关系的表达式及刚度表达式,对结构进行了优化。试验表明,各自由度的行程与分辨率如下:x,y,z方向的最大位移分别为7.48,8.33和4.14μm,分辨率为0.01μm;沿θ_x,θ_y,θ_z方向的最大旋转角度均为0.13°,分辨率为0.01°,满足所构建的超精密加工工具定位的精度要求。试验获得了微位移定位平台的激励电压与各自由度位移输出曲线,为平台的运动、定位控制提供了依据,也为柔性铰链机构和楔形机构在其他结构中的应用提供了理论依据和试验基础。     

三自由度精密定位工作台的设计与仿真

研究设计一种以压电陶瓷为驱动器,柔性铰链机构为导轨的精密定位工作台.分析和计算柔性铰链微位移放大机构的位移放大倍数和静态刚度,建立精密定位工作台的输入输出方程,确定微定位工作台各自由度的变形量与压电陶瓷驱动器伸缩量之间的关系.最后使用ANSYS软件对微定位工作台的运动进行仿真,给出微动平台的运动范围.     

压电式微位移机构的现状与趋势

在精密和超精密加工与测量、大规模集成电路制造、微型机械制造、扫描隧道显微镜微测量以及精密光学工程等诸多尖端科技领域中,当运动分辩率达到亚微米级或纳米级时,压电式微位移机构在微进给定位上体现出了自身的优势。本文在介绍压电材料驱动原理的基础上,重点介绍了国内外压电式微位移机构的研究现状和一些典型样机。比较了压电式微位移机构的特点．提出了压电式微位移机构研究方向和应用趋势及应注重的问题。     

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。     

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。     

新型一维位移工作台的设计及特性分析

研究开发了一种能实现大量程位移和纳米级定位精度的一维位移工作台。工作台采用粗、精两级定位机构,以精密衍射光栅传感器组成工作台位移的闭环检测系统。工作台可以实现0~6 mm 的位移及1 nm的定位分辨力。文中建立了由压电陶瓷驱动和柔性铰链导向的精定位机构的机电耦合模型,进行了精定位机构的模态分析和静力学分析,并采用ANSYS软件进行了有限元仿真运算。最后给出了工作台在表面三维微观形貌测量仪中的应用结果。     

基于三角原理的压电驱动微位移定位机构的设计与分析

设计了一种基于三角原理的精密柔性定位机构,机构由压电叠堆作为驱动元件,经由柔顺机构输出缩小的位移。首先说明了机构的设计原理,然后设计了柔顺机构的结构,进行了理论计算和有限元分析,最后在试制的样机上进行了静态特性的实验,结果表明该柔顺机构可以实现预期的运动。     

应用于CMM的柔性定位夹具设计及应用

介绍了一种用于三坐标测量仪对球类工件进行定位的柔性夹具,既可独立使用,又可与现有三坐标组合式柔性夹具相互组合配套使用。在综合组合夹具优势的基础之上,设计了一种柔性定位夹具,可以实现球类零部件的有效支撑,同时可与组合夹具搭配,实现个多工位定位。该夹具结构简单,使用方便,具有广泛的使用范围。能有效保证定位可靠性,提高测量精度,提高仪器测量测量效率。     

基于柔度比优化设计杠杆式柔性铰链放大机构

分析与研究了柔性铰链的柔度特性,用于柔性放大机构的优化设计。提出了一个通用的柔度比参数λ,探讨了具有不同柔度比λ的柔性铰链主要输出位移形式的灵敏度,分析了它对常用柔性铰链的柔度特性的影响规律。然后,以柔性铰链的柔度比λ为基本参数,在考虑柔性铰链转动中心偏移量的基础上,推导了二级杠杆式柔性铰链放大机构放大率的理论计算方法,并依据柔性铰链的柔度比特性提出了柔性放大机构的优化设计方法。开展了有限元仿真和实验研究。结果显示,优化后的柔性放大机构的放大率比优化前的放大率分别提高了0.234和0.23。实验表明,依据柔性铰链的柔度比λ对柔性放大机构进行优化设计能够有效地提高柔性放大机构的位移放大率与工作行程,进而提高放大机构的末端运动及定位精度。     

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。     

ON THE DYNAMIC MODELING AND CONTROL OF 2-DOF PLANAR PARALLEL MECHANISM WITH FLEXIBLE LINKS

The object of study is about dynamic modeling and control for a 2 degree-of-freedom (DOF) planar parallel mechanism (PM) with flexible links. The kinematic and dynamic equations are established according to the characteristics of mixed rigid and flexible structure. By using the singular perturbation approach (SPA), the model of the mechanism can be separated into slow and fast subsystems. Based on the feedback linearization theory and input shaping technique, the large scale rigid motion controller and the flexible link vibration controller can be designed separately to achieve fast and accurate positioning of the PM.     

基于单元刚度矩阵法的二维微动平台刚度分析

刚度作为设计和评价全柔性机构的一个重要指标,在很大程度上影响着全柔性机构的动态性能和定位精度。利用材料力学中的单元刚度矩阵原理,根据柔性机构的结构特点进行单元划分。然后全面考虑机构中各单元的复杂变形,建立单元间的位移、力平衡方程,得到便于进行递推运算的刚度表达形式。以一种二维微动平台为例,给出了应用该方法的刚度分析过程,结果表明理论计算接近有限元分析数据。     

高加速度运动和精确定位臂的振动主动控制

刚／柔耦合结构的高加速度运动和精确定位一直是航空航天机构、精密设备和机器人等高尖端技术领域的关键功能要求。文中以微电子和半导体制造领域中的高速精准运动臂为研究对象,首先回顾相关的结构动力学研究成果,从而对系统动力学特性进行系统总结;在此基础上,重点对振动主动控制方法进行分析和讨论。最后结合实际工程背景,提出目前尚需解决的关键问题以及相应的解决问题的新思路,从而为进一步的研究进展或突破提供可能。     

On the modeling and composite control of flexible parallel mechanism

One of the key problems in high speed motion control of a flexible parallel mechanism (PM) is to damp out the mechanical vibration arising from high inertial force acting on the linkages and other components. In this paper, the dynamic equations of a 2 degree-of-freedom (DOF) planar PM with flexible links are established by taking the singular perturbation approach (SPA). Thus the model of the mechanism can be separated into slow time-scale and fast time-scale subsystems. Based on the feedback linearization theory and input shaping technique, the large range rigid motion controller and the flexible link vibration controller can be designed separately. A composite control with the two separate controllers can then be applied in the PM to achieve the desired fast and accurate positioning.     

数控机床机械手柔性定位控制方法研究

提出了新的数控机床机械手柔性定位控制方法。在柔性条件下构建数控机床机械手双作业臂的运动学模型,基于该模型设计气动定位控制硬件与控制程序,硬件选用光编码器和分周处理器等设备,软件程序通过 PLC 来编制,从而实现对机械手手臂各关节及基座等位置的定位控制。测试结果表明:应用所提方法后,作业臂旋转关节定位变量值与其定位理想值十分接近;作业臂 1 、2 的定位变量值相对误差最高不超过 0.50° 、0.40° ,平均定位误差分别为 52.805 mm 、 58.055 mm 。说明所提方法的定位控制性能能够满足设计需求。     

基于实时测量的2DOF挠性操作臂的模糊逆动力学控制

针对一２ＤＯＦ挠性操作臂,对其轨迹跟踪控制进行了研究。基于刚性化假设,建立挠性操作臂的动力学运动方程,一集成激光传感系统用时测量杆臂的挠性变形;设计了一个通过模糊逻辑单元调整控制参数的逆动力学控制。会集实验结果验证了控制器的性能。     

低压断路器智能测试调整系统的基本原理

为实现对低压断路器中脱扣器动作的准确控制,提出应用同心双柔轴螺丝刀(由同心双柔轴机构驱动的螺丝刀)对双金属片螺钉、螺母进行三维定位跟踪,从而实现对螺钉的无扰动调整。求解了螺钉中心运动轨迹,提出了由同心双柔轴螺丝刀和双金属片柔性机构构成的低压断路器测试调整系统的基本工作原理,及其运动学、动力学模型,从而为该系统的智能控制奠定了必要的基础。相关研究成果已获得较好的产业化应用。从而为实现该系统的自动控制奠定了必要的基础。