超高加速度宏微运动平台连接臂的疲劳分析及优化设计

提高连接臂的疲劳寿命对于宏微运动平台超高加速度和超精密定位的实现起着非常重要的作用。文中针对超高加速度宏微运动平台关键部件连接臂展开研究：采用SolidWorks软件搭建连接臂模型,通过有限元分析软件ANSYS Workbench对连接臂进行静力分析、疲劳分析。为了提高连接臂疲劳寿命,以满足连接臂的工作要求为约束条件,以连接臂的质量最小、寿命最高为优化目标进行拓扑优化研究。基于拓扑优化结果,对模型进行优化,所获得的优化后的连接臂模型与优化前模型进行对比,结果表明优化后的连接臂在质量减少的同时大幅提高了寿命,这为超高加速度宏微运动平台实现超精密定位提供了理论支持。     

宏微复合平台的微运动动态模型研究

宏微复合平台常应用于大行程运动和高精度定位的场合。基于对宏微复合驱动技术的的分析及研究,提出了一种音圈电机与压电陶瓷复合驱动的宏微复合运动平台结构,其中微运动平台采用压电陶瓷驱动和弹簧预紧,具有结构简单、分辨率高、刚度高和响应速度快等优点。针对微运动平台的主动控制问题,考虑压电陶瓷驱动器驱动电路以及滑块与摩擦复合作用的影响,建立微运动平台动态模型。通过微运动平台动态特性的实验研究,分析滑块与摩擦复合作用对微运动平台平稳性的影响。结果表明,该模型可快速缩短平台到达稳定的时间,满足平台精密定位要求。     

精密宏微驱动技术的发展研究

为系统分析宏微驱动技术研究现状,分别完成了宏微驱动技术中4种常用的宏驱动系统驱动方式及2种常用的微驱动系统驱动器研究现状分析;在总结宏微驱动技术发展现状的基础上分析了该技术发展过程中存在回转运动研究滞后于直线运动研究、宏微驱动系统体积大且结构复杂、系统控制滞后于结构设计、研究成果转化严重滞后于技术研究等问题;为解决该技术发展过程中存在的问题提出了相应的解决方法。     

宏微定位平台运动切换减振问题研究态势

高速高精密定位平台是微电子制造装备领域的核心部件,决定着微电子产品的性能与质量.近年来,宏微复合定位平台技术得到了快速发展,高速度与高精密度等性能不断提升,然而,运动切换环节的振动问题也日益凸显,成为制约宏微定位平台进一步发展的瓶颈.基于此,首先对当前国内外宏微定位平台及其运动切换环节振动问题的研究现状进行介绍,继而分别介绍与分析了宏微定位平台系统的机构形式、驱动方式、导轨及其他因素对运动切换环节振动问题的影响,最后对目前运动切换减振方法进行概述,重点提出基于压电陶瓷的新型减振方法,以期对未来宏微定位平台运动切换的减振研究提供一定的参考作用.     

新型三自由度宏微运动平台设计与仿真分析

针对集成电路制造、超精密检测仪器及微机电系统加工制造等领域对大行程、多自由度、高速及高精度运动平台日益迫切的需求,提出一种新型大行程三自由度宏微运动平台。该平台采用直线电动机与压电陶瓷进行宏微双重驱动,采用直线光栅与平面光栅实现双闭环位置反馈与控制。基于该平台结构设计,确定其位置正解方程与位置逆解方程,并列举算例验证。基于ADAMS软件对平台进行运动仿真,分析不同驱动类型与驱动参数对运动平台位移、速度及加速度的影响。最后,针对宏微双重驱动传动的精度问题进行实验研究。结果表明,该平台运动学方程正确有效,具有较好的动态响应性与运动规划性,且该种驱动传动形式满足大行程、高速及高精度的性能要求。     

超高加速宏微运动平台振动能量分析

针对宏微运动平台加速度难以提升的问题,采用串联思想,构建了一种以"多宏+单微+多宏"驱动的浮动定子式的超高加速宏微运动平台。首先介绍了超高加速宏微运动平台的结构组成并搭建了其整体动力学模型。其次,从振动能量角度出发,选取不同驱动方式和浮动定子模式,并通过改变不同音圈电机的级数n,探究了平台系统振动能量衰减率的变化规律。最后,通过选取n=1的超高加速宏微运动平台作为试验对象,试验结果表明:当分别采取双浮动定子模式和单浮动-单固定模式时,系统振动能量衰减率β11和β21分别约为89.32%和82.6%,与仿真分析结果误差分别约为3.75%和9.03%。因此,采用多级浮动定子模式的超高加速宏微运动平台具有较好的振动抑制效果。     

宏微运动平台连接架的多工况动力学特性分析

为探究宏微运动平台连接架在多工况下的动力学特性,针对宏微运动过程中的连接架进行了多工况受力分析。利用有限元方法,对各个工况下的连接架开展静态和动态分析与计算,得到了相应的应力和变形分布,并获得了连接架最大应力和变形随载荷变化的规律。通过计算振动模态,得到了前6阶固有频率和振型。利用锤击法进行测振实验,实验结果验证了仿真数据的正确性。     

微硅高g加速度传感器工艺研究

主要介绍在制作一种压阻式微硅高g(g＝9．8m/s^2，微重力加速度值）加速度传感器的过程中，所遇到的工艺问题有其解决方法。并较详细地叙述了涉及到的键合（SDB）、双面光刻及传感器几何图形的精确控制等关键技术。     

宏/微双重驱动机器人系统的研究现状与关键技术

宏／微双重驱动机器人系统的综合性能优于采用单一驱动方式的机器人系统。在总结了宏／微双重驱动机器人系统的概念、特点、组成结构的基础上，分析了该领域国内外的最新动态及其关键技术，为宏／微双重驱动机器人的进一步设计与开发提供了翔实的信息与参考依据。作为对宏／微技术的总结与应用，提出了一种新颖的集成式宏／微双重驱动柔性并联机器人系统，可在立方厘米级的工作空间内达到纳米级的运动精度。     

宏微运动平台热-结构耦合有限元分析及优化

采用有限元热分析方法,构建宏微运动平台的热-结构耦合分析模型,对宏微运动平台的连接架及柔性铰链平台开展热特性分析。耦合场分析结果发现,相比无温度场载荷条件,连接架及柔性铰链平台的变形量增大。对运动平台的关键部件连接架进行尺寸优化,尺寸优化后的连接架最大变形量减少15.2%,总质量减少12.6%,最大应力减少20.3%。补充了传统的仅考虑结构载荷影响的方法,为运动平台的超精密定位和稳定运行提供更为全面的分析。     

高加速度直线伺服系统高精度运动控制器设计

在中国国家自然科学基金重大项目《先进电子制造中的重要科学技术问题研究》资助下，针对先进电子制造装备中的核心问题——高加速度直线伺服系统的高精度定位控制展开研究。就高加速度直线伺服系统的高精度定位控制控制算法，高加速度直线伺服系统高精度运动控制器设计所涉及的理论研究进展提出总结报告。 针对影响系统性能的摩擦力和外部扰动，提出基于LuGre动态模型的摩擦力补偿控制、基于LuGre模型的摩擦补偿与干扰观测器相结合的控制方案、改进型干扰观测器结构(IDOB)、具有前馈控制的鲁棒内模控制结构、自适应鲁棒滑模控制算法等5种控制方案     

基于ABQUAS的高加速高精度定位气浮平台有限元分析

通过研究新一代封装设备的工况条件,根据高速高加速高精度的特点,设计一款应用于芯片封装方面由直线电机直接驱动的广义并联气浮定位平台结构,满足新一代的封装设备对定位平台的要求,同时为下一代封装设备的设计提供思路和方法,为相关研究工作的深入奠定了基础。通过有限元分析软件ABAQUS对定位平台进行静力学分析,分析和验证了平台结构的强度,同时对定位平台进行动力学分析,满足运动部件高刚度和质量最小化的要求。     

竖直运动平台气动配重的研究

提出了一种利用气缸推力对竖直方向运动的超精密运动平台进行配重的新方法,使电机趋动力减小,提高运动精度。建立了重物配重及气动配重的力学模型,指出重物配重时,电机的推力至少要能够克服摩擦力,而用气动配重方法,当平台运动方向发生变化时,改变气缸压力,使平台在垂直运动时所需的电机推力小,甚至达到零负载,使其运动精度得以提高。并给出了一种控制气缸推力的解决方案。     

交叉滚柱导轨运动台模态研究

利用三维建模软件UG建立了50 mm交叉滚柱导轨运动台三维模型,利用有限元分析软件ANASY Workbench14对交叉滚柱导轨运动台进行模态频率和振型分析,详细研究了模态分析过程中接触单元设置、导轨初始预压对模态分析的影响。设计了200 mm交叉滚柱导轨运动台,进行了模态分析及测试,验证了仿真分析方法的有效性,为交叉滚柱导轨运动台的设计提供重要依据。     

偏心驱动下气浮支承精密运动平台的稳定性和精度分析

为了降低偏心驱动对气浮支承精密运动平台的精度和稳定性的影响,建立了偏心驱动下运动平台的理论分析模型.采用无量纲的偏心率表征驱动力位置和检测位置的偏心,分析了偏心率对系统稳定性和精度的影响规律.根据实际精度和稳定性指标要求,提出了偏心率设计准则,即在设计精度决定的控制带宽下,保证合理的稳定性裕度,偏航和俯仰方向偏心率的控制范围.所提方法已用于气浮支承精密运动平台的设计,试验结果表明运动平台的位置跟踪误差在设计要求内.     

运动控制中的加速度分析与设计

提出了一种具有正弦特征的变加速度运动控制策略，旨在保证控制系统运动平稳性的前提下，提高运动的平均速度，缩短加工时间。从运动学和动力学方面分析了变加速度运动原理，理论上推导了相应的公式，并在快速成形系统上完成了该策略直线运动的实验和数字仿真。实验结果证实，同固定加速度运动策略相比较，采用变加速度策略能有效提高系统加工效率。     

混联四自由度汽车驾驶模拟平台的运动仿真与研究

综合串联机构和并联机构的特点,设计了一种串并联结合的四自由度混联运动平台,并应用于汽车驾驶模拟器。运用Inventor软件建立了三维模型,并导入Adams获得虚拟样机。通过运动仿真验证了平台的可行性,分析了汽车的各种行驶状态,针对不同的行驶状态对平台各个部分进行运动学仿真,验证了平台的功能性,测试了平台对汽车驾驶状态模拟的运动性能。通过动力学仿真分析了平台的动力学性能,为平台结构设计与优化提供了理论依据。     

曲柄群驱动机构的运动特点研究

曲柄群驱动机构是一种多曲柄传动机构,为了研究它的运动特征,采用解析法对它的结构单元进行了运动学分析,从而得到了该驱动机构的运动特性,同时也为进一步对它的开发和应用研究提供了一定的依据。     

分布式驱动越野汽车驱动防滑控制

分布式驱动越野汽车具有动力性能好、路面适应力强等优点,发展前景很好,但是四轮车速不一致会导致控制方法复杂度高。针对这一问题,基于四个车轮不同的加速度,首先计算最大驱动扭矩,建立基于加速度信息的滑转率观测器,然后以最大驱动扭矩为界限,控制各个电机的输出扭矩,使滑转率维持在最佳滑转率附近,从而达到驱动防滑的目的。最后与Carsim进行了联合仿真,结果表明控制方法能够快速显著地降低汽车车轮的滑转率,验证了控制方法的有效性。