新型二维压电驱动微动工作台的设计分析

研究开发了一种新型压电驱动二自由度纳米级微定位工作台。文章采用静力学理论对微动工作台的运动副进行了建模分析，推导出直角平行板柔性铰链的刚度计算表达式。采用有限元分析方法，对柔性铰链和微动工作台的静、动态力学特性数值分析，并对微动工作台的模态频率进行了实验测试。理论分析、有限元计算和实验结果的一致性说明理论分析的正确性和数值分析的可靠性。     

基于柔性铰链结构的二维微动工作台的设计分析

介绍了基于压电陶瓷驱动器(PZT)驱动的二维微动工作台。该微动台采用双柔性平行四连杆结构,运用参数化的分析方法求得铰链各尺寸对微动台固有频率、应力以及刚度的影响,将理论分析、有限元计算和试验测试的结果相结合,提出了一种微动台的设计方法。     

微动工作台行程放大结构的设计和分析

研究开发了一种新型的大行程二维压电微动工作台。介绍了弧曲位移放大机构的工作原理,分析了影响放大机构性能的因素;工作台的柔性铰链、弹性平行导板机构、弧曲位移放大机构,采用一体化设计,实现了大行程,并满足了传动导向的高精度、高稳定性要求;与采用杠杆放大的二维工作台作了简单比较,对各自的优缺点作了客观分析。     

人工全膝关节置换术后早期感染的治疗

设计一种以压电陶瓷为驱动,通过柔性机构放大输出位移的精密定位工作台.给出了该精密定位工作台的结构模型,建立了精密定位工作台的位置输入输出方程,分析和计算了柔性铰链微位移放大机构的位移放大倍数.通过仿真确定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与运动特性.结果表明,该精密定位工作台能实现定位误差为0.1 μm的高精度定位.通过与3点支撑微位移放大机构工作台的比较,显示出4点支撑微位移放大机构工作台可减小交叉耦合的影响.     

提高二维工作台定位精度的误差补偿方法研究

通过测量二维工作台XY轴直线度误差、垂直度误差、定位精度误差等,采用水平分割法对误差线性拟合,分析了每种误差对单轴定位精度和关联轴定位精度的影响,这种补偿方法能够有效地提高二维工作台的定位精度.     

微细加工用双足式大行程微动工作台的研究

大行程微动工作台是微细加工设备的重要组成部分,针对当前微动工作台行程小,或行程较大而其检测控制复杂等不足,提出了一种“双足式移动”的新原理,并研制了一台双足式大行程微动工作台。该工作台由两套进给和支承微位移器来实现进给和支承,在研究中,提出了玫套检测控制系统,可对工作台的移动位移大小和方向进行实时控制,这种检测控制系统可以使工作台按照任意的路径进给。该工作台还具有很多优点：比如分辨率高、无导轨、无     

自动切割机桥形工作台的误差分析

以自动切割机桥形工作台为研究对象,针对其高精度要求,通过对其结构的具体分析,系统并详尽地对三轴桥形工作台的各种误差源进行了分析计算;通过高斯公式计算出各驱动轴定位精度误差;介绍了桥形工作台定位精度的测量方法,对理论结果与实测结果进行了分析比较,验证了误差分析结果的正确性,为高精度桥形工作台的设计提供参考。     

微位移机构及其在误差补偿控制中的应用

本文介绍了微位移机构的主要类型，并通过实例对微位移机构在误差补偿控制中的应用情况进行了分析和综述。     

压电陶瓷驱动器动态特性的实验研究

动态响应的迟滞非线性是影响压电陶瓷驱动器高精度控制性能的一个重要因素，必须在控制中加以动态校正补偿。但由于驱动器的材料、结构和工作条件各异，所以关于动态非线性的定量描述难以建立一个统一的数学模型。针对这个问题，将PID参数的模糊自调整算法应用于微位移工作台，建立了一个动态特性的闭环校正控制系统，真正实现了工作台的快速响应．     

基于柔性放大机构的压电微夹钳研究

基于钳指可平动并能感知钳指位移与夹持力的要求,采用柔性放大机构对压电微夹钳进行了结构设计。基于ANSYS的压电耦合场分析技术,对压电微夹钳的静动态特性进行了分析表明,在200V的最大驱动电压下,钳指最大位移为233.9μm;在20V的阶跃驱动电压下,钳指的稳态位移为20.6μm,响应时间为0.1s;通过实验对压电微夹钳的静动态特性进行了测试,结果表明,在150 V的驱动电压下,钳指位移为78.4μm,夹持0.3mm×8mm微轴所产生的夹持力为9.2mN。     

动态特性可调的微动平台优化设计

针对目前柔性铰链主要靠局部变形来工作,其存在应力集中,且微动平台的动态特性受材料特性、设计制造等误差影响,难以满足变工况条件下的高精密位移输出。基于应力刚化原理,采用对称布置的带倒角的弹片式柔性铰链,设计张紧力调节机构,实现微动平台的动态特性可调。采用COMSOL Multiphysics和MATLAB联合仿真对张紧力调节机构进行参数优化,让调节机构保持线性调节关系,使柔性铰链的应力分布最小化。结果表明,所设计的微动平台能够进行高度线性固有频率调节,与有限元分析结果相比,频率调节范围相差2.55%,在理论设计范围内。     

一种磁吸附式微小型惯性粘滑运动平台研究

在显微操作领域中,要求运动平台能在狭小空间中实现高精度的位姿调整,因此,该文提出了一款整体尺寸仅10 mm×10 mm×10 mm的惯性粘滑精密跨出度定位运动平台。该结构的设计采用将惯性部分与滑块部分集成为一体的设计方案,摩擦力使用磁铁来提供。对惯性粘滑运动平台中的柔性铰链进行尺寸优化,并使用有限元分析软件进行校核,验证理论分析的正确性。测试样机性能结果表明,水平方向最大运动速度为4.966 mm/s,竖直方向上运动速度可达2.1 mm/s,正、反向最大单步位移分别为2.984μm和2.349μm,步长重复性良好。实验证明,该样机具有体积小,运动速度快,步长重复性稳定等特点,适用于狭小空间内的高精度运动。     

压电微动平台的改进PI迟滞模型研究

为了建立既有较高精度又有较快运算速度的压电微动平台迟滞模型,对传统PI迟滞模型进行了改进研究。由于压电微动平台初载曲线前半升程斜率变化较大,而后半升程斜率变化较小,因此,采用非等分域值方法建立了其PI迟滞模型,通过求取所建模型与实测初载曲线误差的最小二范数辨识出了模型的相应参数,实验验证了所建模型的有效性。实验结果表明,在20.7μm的平台最大位移范围内,模型的最大误差为0.71μm,平均误差为0.23μm。     

两平动一转动三维并联压电微动平台的设计

为提高微定位系统的灵敏性,设计了三自由度并联压电微定位系统的新构型。首先,在考虑平台结构具有对称性的基础上,采用双平行四连杆机构对台体进行设计,并设计了可集成于台体的承载模块及传感器安装模块;接着,采用有限元法对平台的位移、应力、刚度及模态进行了分析;最后,基于所搭建的实验系统,对平台的位移及频率响应特性进行了测试。实验结果表明,在120V电压的作用下,平台沿x向的最大位移为26.0μm(此时沿y向产生的寄生位移为141.0nm),沿y向的最大位移为25.9μm(此时沿x向产生的寄生位移为39.7nm),绕z轴的最大转角为210μrad;平台x、y向的位移分辨率均为6.5nm;平台x、y、θz向的固有频率分别为328.0Hz、481.3Hz、402.8Hz。     

白光干涉法微观台阶测量

在微纳器件测试与计量标定领域,很多问题都涉及到对微观台阶的高精度测量。白光干涉垂直扫描法具有非接触、精度高、速度快等优点,基于此搭建了白光干涉微观检测系统。利用相移干涉理论,解算出被测微观台阶的空间相对高度信息。通过中值滤波加间隔差分取极值的方法,有效识别出台阶的左右两个边缘,减小了脉冲等噪声带来的干扰。以C#语言编写了WPF形式的检测软件系统,并对标准的微观台阶进行了多次实验。实验结果表明,该方案测量的平均偏差稳定在2nm以内,重复性精度优于0.5%。     

双向驱动的柔顺结构微动平台的设计与测试

针对微纳操控技术对微动平台提出的大行程、高精度、多自由度和输出位移解耦等要求,设计了一种基于两级放大机构的xy两自由度双向驱动微动平台。分析了微动平台的运动及放大原理,建立了微动平台结构的理论模型和有限元模型,并对其进行了测试。平台输出特性测试结果表明,微动平台的放大倍数可达8.5倍,与仿真值误差为6.9%,同时耦合位移控制在0.82%内;平台在150 V三角波信号驱动下,x方向上正、负向输出位移分别为84.6μm、-84.2μm;y方向上正、负向输出位移分别为85.0μm、-84.5μm。不同频率下的最大位移只在极小范围内波动,在x、y方向的正、负向输出具有很高的相似性和稳定性,实现了双向驱动,大行程、高精度的目的。     

基于钝化微分的压电微动平台PID控制

为避免压电微动平台在工作过程中受到扰动或冲击,采用改进比例、积分、微分(PID)控制器对其进行控制。首先,在平台的PID控制器中引入低通滤波器,以降低微分环节对扰动或冲击的敏感性(即使微分环节对扰动或冲击产生钝化效应),进而设计出了压电微动平台的改进PID控制器;接着,基于所搭建的压电微动平台位移测量系统,实验验证了所设计的钝化微分PID控制器的效果。实验结果表明,在钝化微分PID控制作用下,平台具有较快的响应,达到5μm阶跃目标的响应时间为0.3s,无超调;平台的定位误差显著减小,在跟踪最大值为15.25μm的变幅值三角波时,定位误差中线由无控制时的-0.7～1.2μm减小为-0.1～0.1μm。     

激光陀螺捷联惯导系统的圆锥运动误差激励方法研究

捷联惯导系统的精度受到自身各种误差因素的影响,针对陀螺的标度因数误差和非正交安装角误差,提出了一种以圆锥运动激发姿态误差来进行快速标定的方法.通过理论分析得出,在短时间内,由于标度因数误差和非正交安装角误差的存在,圆锥运动将激发出随时间线性增大的姿态解算误差.将解算得到的姿态误差与陀螺数据联立,可以反解得到标度因数误差和非正交安装角的值.通过仿真验证,安装角误差能达到1"以内,标度因数误差能达到5 ppm以内.     

直线电机精密工作台运动控制器设计

为了提高精密工作台的轨迹跟踪精度和动态响应性能,基于辨识出的控制对象离散化模型,利用极点配置方法设计了精密工作台运动控制器的前馈环节和反馈环节,构成具有两自由度结构的精密工作台运动控制系统.通过实验,与PD＋加速度前馈的控制方式相比较,精密工作台静态定位误差提高了0.5 μm;当精密工作台以120 mm/s匀速运动时,轨迹跟踪精度提高了3 μm;定位建立时间缩短了10 ms.结果表明,采用极点配置方法设计的运动控制器具有较好的动态响应和轨迹跟踪性能.