基于APDL的柔性铰链位移放大机构

针对压电陶瓷微位移驱动器输出位移范围小的局限性,应用柔性铰链位移放大原理,设计了一种柔性铰链微位移放大机构,提出了柔性铰链杠杆放大机构的参数化数学建模方法,并采用ANSYS参数化程序设计语言（APDL）编写了柔性铰链杠杆放大机构的建模和仿真分析程序。仿真试验表明,所设计的柔性铰链杠杆放大机构的输入位移与输出位移线性度高,实际放大位移与理论值相差5％,完全可以满足机构的微位移放大要求。     

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。     

柔性微位移放大机构的设计与动力性能仿真分析

为将压电陶瓷驱动器的输出位移进行放大,根据差式位移放大原理设计了一种新型柔性微位移放大机构。分析了直圆柔性铰链的结构参数对铰链刚度的影响。推导了该机构的位移放大倍数和最大应力的计算公式,并建立了柔性微位移放大机构的动力学模型,得到该机构的固有频率计算公式。利用有限元软件对其进行动力性能仿真分析,分析表明:该位移放大机构设计合理且处于稳定的工作状态。     

基于GMA柔性铰链定位平台的结构设计与优化

设计一种以超磁致伸缩驱动器为驱动单元,以多组柔性铰链组合而成,利用材料受力产生弹性变形而进行导向的柔性铰链定位平台。应用能量方程、挠曲线方程、静力学公理、能量守恒方程理论,建立该平台的理论数学模型;根据柔性铰链定位平台在超磁致伸缩驱动器(GMA)驱动下的使用工况,分析其驱动力和输出位移;优化分析柔性铰链的切割半径R和最小厚度t的几何参数,获得柔性铰链定位平台结构尺寸的最优值;利用有限元对柔性铰链平台进行仿真。最后将仿真结果与理论分析结果进行对比,验证了理论分析的正确性。     

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.     

基于对称型柔顺铰链的三自由度微定位平台设计与分析

通过对一种新型柔顺铰链进行分析,设计一种基于对称型柔顺铰链的三自由度微定位平台。首先,采用ANSYS有限元方法,对一种新型柔顺铰链的输入力和输出位移间的关系进行分析。根据分析结果,通过优化设计得出一种对称型柔顺铰链。然后,设计一种基于该对称型柔顺铰链三自由度微定位平台,并对设计的微定位平台进行理论分析和有限元分析,得出其输入输出位移关系,而且理论分析和仿真分析结果基本吻合。同时,采用基于理论分析模型的仿真分析修正方法对微定位平台的传递传递函数矩阵进行修正,提高微定位平台的定位精度。此外,分析了该微定位平台的应力变形,确定了其所选材料的力学性能指标符合设计要求。结果表明,该微定位平台能够符合大多数精密领域的需求,在精密定位领域具有一定的应用前景。     

基于柔性铰链的微位移机构的设计与分析

针对传统机械式微位移机构无法实现高精度定位的问题,采用半圆型柔性铰链设计了一种反对称式柔性放大机构,将输入的直线位移放大并转化为转角位移输出。对其转角刚度、结构形式、结构参数、静态位移输出特性进行分析,并利用Ansys软件对柔性放大机构进行建模和有限元分析,验证了其结构的合理性。     

基于GMA柔性换向放大机构的结构设计与优化

设计了一种以超磁致伸缩驱动器(GMA)为驱动单元,以杠杆式柔性铰链进行位移换向放大的微位移传递机构。根据弹性力学理论,在考虑柔性铰链转动中心偏移量的基础上,推导出柔性换向放大机构的放大比和固有频率表达式,运用Matlab软件优化分析柔性铰链的切割半径R和最小厚度t等几何参数,获得了柔性铰链几何参数的最优值,并对优化后的结果进行有限元分析,最后,将仿真结果与理论分析结果进行了对比。研究结果表明,理论分析与有限元分析验证了理论模型的正确性,实现了机构放大倍数高、位移换向呈直线输出的设计目标。     

基于柔性铰链的柔性放大机构参数化设计

为了对柔性微位移放大机构进行优化设计,有必要对柔性铰链及柔性放大机构进行参数化分析与研究。提出了一个通用的结构参数ε,探讨了ε对不同柔性铰链柔度系数的影响规律,并横向比较了常用柔性铰链的柔度特性。另一方面,基于柔度特性的影响分析,提出了新的参数柔度比λ,重点分析了不同柔度比λ的柔性铰链主要输出位移形式的灵敏度。以实际的桥式柔性微位移放大机构为例,利用参数ε和λ实现了该柔性放大机构的参数化设计,并用有限元软件进行了仿真计算。实验测量结果表明,对基于柔性铰链的柔性微位移放大机构进行参数化设计,最终输出位移行程与有限元仿真设计的结果误差率为3.80%。基于柔性铰链的结构参数ε和柔度比λ对柔性放大机构进行参数化设计是可行且正确的,有利于这一类柔性放大机构的优化设计。     

基于柔性铰链杠杆放大机构的二维微位移平台设计

针对传统机械式的微位移机构无法满足高精度的定位要求,而柔性铰链本身驱动又存在驱动位移小的问题,设计了基于柔性铰链的杠杆放大机构。利用有限元分析软件A N SY S W orkbench12对微位移机构进行静力学和动力学模态分析,通过理论计算和仿真结果对比,微位移机构的尺寸可以满足设计要求。     

Modeling of flexure-hinge type lever mechanisms

A general approach for the design of flexure-hinge type lever mechanisms that are commonly used in the design of translational micro-positioning stages is presented in this paper. The paper focuses on the development of design equations that can accurately predict the behavior of such stages especially the “lost motion” due to hinge stretching. The development of these equations is based on a static analysis of a general configuration of a single-axis, translational, flexure-hinge type, piezo-driven micro-positioning stage using a multi-lever structure. The displacement ratio between the input and output motions of one of the levers, plus the stiffness at either end of this lever are obtained based on the analysis. The overall displacement and stiffness of the micro-positioning stage are then obtained by cascading the individual results from every lever. The developed equations include the effects of the flexure hinge bending and stretching. The developed equations were applied to design of a vertical motion micro-positioning stage. The stiffness and displacement of this stage are predicated by these equations, which are compared to the stiffness and displacement directly obtained from the finite element modeling and actual testing of the same micro-positioning stage. The comparison shows that the analytical approach gave nearly similar results (within 10%), which implies that the developed equations can accurately predict the characteristics of flexure-hinge type lever mechanisms.     

基于类V型柔性铰链的微位移放大机构

采用新型高精度类V型柔性铰链设计了柔性微位移放大机构,以减小该类机构的寄生运动并提高其动力学性能。对类V型柔性铰链与最常见的高精度直圆型柔性铰链的性能进行了比较;在考虑柔性铰链转动中心偏移量的基础上,基于弹性力学和材料力学理论推导了基于类V型柔性铰链和基于直圆型柔性铰链的两类二级杠杆式微位移放大机构的放大比。采用ANSYS软件,建立了放大机构的有限元模型,验证了位移放大比的理论推导,并对上述两类放大机构的位移放大比、寄生运动和固有频率进行了仿真和比较。有限元分析结果显示：基于类V型柔性铰链的放大机构有着更小的寄生运动和更高的固有频率,且前2阶固有频率分别是基于直圆型柔性铰链放大机构的1.68倍和1.41倍。最后,采用微视觉测量系统测量了两类放大机构的位移放大比和寄生运动。结果表明：基于类V型和直圆型柔性铰链放大机构的放大比和相对寄生运动比分别为4.387、4.529和0.314 7、0.334 2,显示类V型柔性铰链用于微位移放大机构可有效减小寄生运动并提高动力学性能。     

基于视觉的三自由度微动平台输入耦合研究

为了提高精密微动平台的定位精度,提出了一种计算微动平台输入耦合位移系数的实验方法.构建显微视觉测量系统,以柔顺铰链式平面三自由度微动平台为研究对象,实时跟踪测量微动平台输入位移；对平台与图像之间的坐标系进行标定,有效提高了平台的输入位移和耦合位移的测量精度.实验表明,基于显微视觉的测量结果与Ansys模拟仿真结果相符,对微动平台的分析与设计具有一定的参考意义.     

基于柔顺机构的两自由度微动精密定位平台的分析与设计

基于柔性铰链变形原理设计了一种压电驱动的两自由度柔顺机构微动精密定位平台.首先建立了平台的刚度、固有频率和强度的分析模型,通过优化设计得出了平台的最优结构尺寸.利用有限元软件仿真分析验证了设计模型和优化结果的正确性.最后制造了原型样机,进行了实验,对平台进行了标定并分析了平台的定位误差.     

高精度影像测量系统中图像的超分辨率重建

为了提高影像测量系统的测量精度,研究了基于微位移错位的多幅图像超分辨重建技术.考虑制作成本和制作难度,提出了一种不苛求精确微位移的超分辨率重建技术.首先,获取随机微位移图像序列;然后,利用被测对象中易于实现高精度提取的特征点或采用模板衬底中的特征点计算出图像序列间的准确位移关系;最后,根据本文提出的数学模型重建出高分辨...     

Development of 2-axis hybrid positioning system for precision contouring on micro-milling operation

A 2-axis hybrid positioning system was developed for precision contouring on micro-milling operation. The system was developed to overcome the micro-positioning limitations of conventional linear stage positioning system on machine tools. A 2-axis flexure hinge type piezoelectric stage was added on a standard milling machine to obtain better machining results. The control method used for the hybrid system was active error compensation type, where errors from linear stages are cancelled by the piezoelectric stage motion. Positioning experiments showed an improvement of machine accuracy which was confirmed by the machining results. A micro-pillar was fabricated for the validation of long-range and high-precision contouring capability. The system was successfully implemented on micro-milling machining to achieve high-precision machining results.     

单向平动微位移机构的力学分析

研究了以柔性铰链为转动副的微位移机构中柔性铰链的转角变形和受拉变形与外加载荷及铰链的几何参数的关系;对单向平动微位移机构做了细致的受力分析,推导出了一定结构参数下该机构在受力时的封闭方程,从而得到在此机构上的工作台面的平动位移公式。通过设计正交试验表,用有限元软件对位移公式所做验证的结果表明理论模型分析基本符合模拟的结果。     

空间微动平台的柔性铰链参数优化设计

在微位移技术中,柔性铰链是实现微位移和高分辨率的理想机构。结合空间微动平台的特点：轻量化、小尺寸、尽可能高的一阶共振频率,以及满足平台工作行程、驱动器推力大小、和材料许用应力等要求,通过对柔性铰链公式的详细分析,给出了这类微动平台的设计流程和实例演示,同时也有助于我们理解柔性铰链各参数间的作用和相互关系。     

平面三自由度微动工作台的输入耦合分析

基于线性分析理论，建立了柔性铰链式平面三自由度精密定位平台的分析模型；提出了一种计算该类工作台输入耦合的线性求解方法，该方法具有求解简便和计算量小等优点；针对微动工作平台的特点建立了有限元分析模型，通过有限元仿真，验证了线性法的正确性；讨论了有关参数对工作台输入耦合的影响程度，给出了对输入耦合有较大影响的设计参数。研究结果对设计低耦合输入微动工作平台具有指导意义。     

二维微动工作台分析及其优化设计方法

设计了一种压电陶瓷驱动的二维微动工作台,采用结构力学理论建立了工作台的简化模型,并推导出工作台沿x、y方向刚度计算表达式。将工作台简化为2自由度弹簧一质点系统,得出其前二阶固有频率计算表达式。通过微动工作台固有频率及沿x、y方向刚度的试验测试,验证了解析法和有限元法用于微动工作台设计分析的可行性。采用有限元法,研究了微动工作台的直角平板柔性铰链特征参数对微动工作台性能的影响。有限元分析结果表明:当平板柔性铰链长度较小或铰链宽度较大时,其刚度、频率及驱动力较高,然而铰链根部应力集中也较严重。通过改变柔性铰链的特征参数,可达到控制和优化工作台固有频率、输出位移、应力分布及驱动力响应的目的,并提出一种优化设计微动工作台柔性铰链的简易方法。