一种垂直运动精密微定位平台的设计与分析

根据桥式放大机构和平行四边形导向机构相结合设计了一种新型的垂直运动精密微定位平台。利用卡式定理推导了微定位平台的最大行程、刚度及放大比,利用拉格朗日方程推导了微定位平台的动力学模型及其固有频率。采用有限元仿真软件分析微定位平台的动静力学特性,并与理论分析结果进行对比,两者结果吻合良好。制造了微定位平台的原型样机,并进行了实验验证,实验结果表明:垂直运动精密微定位平台的行程可达112.9μm,闭环分辨率为10 nm,可以用于显微镜聚焦系统的微调等垂直定位精度较高的场合。     

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。     

一种新型3自由度大行程微定位平台设计与分析

为解决微定位平台大行程与高精度之间的矛盾,提出一种新型的3自由度柔性并联机构。该机构三条支链采用特殊方式与动平台相连,使整体机构结构紧凑且具有良好的力学传递性能。同时,机构采用行程大,分辨率高,便于控制的电磁驱动器作为驱动部件,保证机构在不需要引入放大机构的前提下便可获得较大的行程和较高的分辨率。使用大行程柔性铰链代替普通的球铰,降低了加工制造难度和机构刚度模型的求解难度。采用螺旋理论分析了3-P(4S)并联机构末端运动特征,结合单元刚度矩阵法和矩阵位移法推导了3-P(4S)柔性并联机构的静刚度模型,并采用ANSYS进行了分析验证。     

一种新型3-RPC柔性精密平台设计与分析

基于3-RPC并联机构提出一种由压电陶瓷驱动的新型3-RPC柔性精密平台模型,并在初始构型的基础上对移动副、圆柱副、连接运动副的连杆等进行结构的优化设计,然后采用有限元法对相同尺寸的初始构型和优化后构型进行静力学分析;采用齐次变换法,建立该机构位置正反解表达式,得到柔性精密平台压电陶瓷驱动的柔性移动副输入与上平台微位移输出之间的关系,并进行有限元软件的加载试验,验证正、反解结果;根据设计原理,得出该精密平台的原理误差,计算出功能方向与非功能方向的位移误差,同时对比输出位移和误差大小,用有限元法验证理论分析结果的正确性。研究结果表明柔性精密平台具有运动解耦,结构紧凑,控制方便的特点,具有较好的应用前景。     

一种低成本微定位平台的设计与仿真

针对半导体及微纳制造等领域对微定位系统低成本高精度的要求,根据以宏观的输入获得微观的输出、低精度驱动器输入获得高精度输出的设计思想,设计了一种基于柔性铰链差式杠杆机构的低成本微定位平台。在该平台中,通过设计位移缩放机构,将驱动器的宏观输入位移进行比例缩小,实现平台的微观输出,降低微定位平台的成本。分析了微定位平台的刚度,并根据该平台定位机构所受载荷的不同,设计了两种不同的柔性铰链。在此基础上,建立了该平台的有限元分析模型,采用ANSYS对该平台的应力进行了分析,并对该平台的输出位移进行了仿真。仿真结果证明了该微定位平台的可行性。     

一维精密转动定位平台的分析与设计

基于柔顺机构设计了一种新型的一维精密转动定位平台.首先建立了平台的数学分析模型,在此基础上,通过优化设计得到了平台的最优尺寸.利用有限元软件验证了理论建模和优化结果的正确性.制造了原型样机,进行了实验研究,对平台进行了标定,并分析了平台的定位误差.     

基于新型二级杠杆机构微定位平台的设计与分析

针对传统杠杆放大机构在柔性平台构型设计中存在放大倍数低和响应速度较慢的不足,提出了一种新型二级杠杆放大机构,并在此基础上设计压电陶瓷驱动的单自由度微定位平台.根据柔性铰链的物理特性,通过差异化的铰链组合方式来实现并改善柔性平台的结构功能,进而综合设计一种具有敏捷响应速度和大范围输出位移的新型二级杠杆机构.基于拉格朗日定...     

一种新型三维精密位移系统的设计与分析

研究开发了一种新型的大行程、纳米级和计量型三维精密位移系统。精密位移系统采用模块化结构设计，三个方向的驱动机构均采用完全相同的设计结构，分别称为X、Y、Z向一维工作台。位移系统在X、Y、Z三个方向采用粗、精两级驱动，并分别装有计量光栅。其中X、Y两个方向的驱动机构水平放置且为上下层叠式，Z方向上的驱动机构垂直放置。各方向粗驱动采用交流伺服电机配合精密丝杠和直线导轨进行驱动，精驱动采用压电陶瓷微位移器配合柔性铰链进行驱动，每个方向的两级驱动共用一套计量光栅，从而保证了位移系统的大行程、纳米级和计量型。介绍了位移系统的结构设计，分析了位移系统的位移分辨率、位移系统的计量原理以及位移系统的运动性能，从而为位移系统的设计提供理论依据。     

一种新型精密电流源设计

根据航空电气测试需求,设计了一种工作于400 Hz的基于功率运算放大器的精密大电流测试用电流源。设计过程中,采用电压到电流转换的基本形式,并且添加必要的相位补偿反馈环节,确保电路在不同性质负载时能够稳定工作;采用多个运算放大器并联的形式获得大电流输出,并且对从放大器添加噪声补偿,从而确保该放大器稳定工作。实验结果表明,在普通散热条件下,该电流源能够获得稳定的中频正弦大电流输出。     

一种混联精密装校平台的设计与分析

在分析LRU模块装校要求的基础上,提出了一种可实现6自由度调整的精密装校平台,研究了该平台调平机构和对接机构的自由度和运动类型,应用矢量法推导了各机构位置的正逆解,并将该解算式作为精密装校平台运动控制的核心算法,实现了样机的调平和对接两大主要功能,利用该功能实施了对LRU模块的自动化装校,证明了该精密装校平台可实现设计要求.     

平面三维精密定位平台设计与研究

设计了一种能在单一平面内实现平面X、Y和转角θ方向调整和定位的平面三维精密定位平台,该平面三维精密定位平台采用伺服电机作为驱动源,四套十字交叉导轨作为关键执行机构的结构形式,在研究了其在平面内运动的数学模型和运动轨迹基础上,设计了利用组态网开发的PC控制系统,实现了平面三维精密定位平台姿态的实时检测和快速精确定位.     

长行程精密定位平台的设计

音圈电机与柔顺机构的结合,设计了一个在固定运动范围内具有高精度定位能力的精密定位平台,分析了平台参数的确定方法。给出了提高定位平台稳定性的措施。     

一种新型柔性双轴微夹钳的设计与分析

针对传统的微夹钳在复杂的微操作中只能沿单轴进行夹持操作的不足,文中设计了一种柔性铰链的双轴微夹钳,结构简单又紧凑,该微夹钳由一个压电陶瓷驱动器驱动,实现夹持和旋转两种操作。采用非对称结构设计,实现左边完成向前旋转动作,右边完成夹持动作。通过左右两边两级放大机构结构设计不同,实现位移放大和运动传递。为实现抓取和搓动功能的解耦,对两部分的运动导向机构进行了正交设计。采用伪刚体法建立了机构的伪刚体模型,建立了机构的运动学和动力学模型,包括运动机构放大比、输入刚度和机构的固有频率。通过有限元分析方法验证了微夹钳的性能模型的准确性。仿真试验结果表明,左侧机构的放大比为8.01,右侧放大比为8.56,最大输出位移可达171.36μm。所设计的微夹钳具有良好的抓取和搓动的性能,可实现高精度的抓取和释放操作。     

宏微双级驱动精密定位平台的建模与控制

为实现定位系统在大行程中高精度定位,设计了一种宏微双级驱动精密定位平台。采用金属波纹管直接驱动宏动平台,实现了系统大行程进给。安装在宏动平台上的音圈电机驱动微动平台,补偿宏动平台产生的误差并实现系统的高精度定位。采用双光栅检测方案,增量式光栅反馈宏动平台的位置信号,绝对式高精度光栅反馈微动平台的位置信号,实现二级精密驱动定位系统的全闭环控制设计。分别对宏动平台和微动平台建立数学模型,提出宏动平台带前馈的PID闭环控制和微动平台的神经网络PID复合控制方案。实验结果表明:该定位系统能满足大行程高精度的定位要求,在50mm的行程中重复定位精度能达到0.6μm。     

一种宏微双重驱动精密定位机构的建模与控制

提出一种宏微双重驱动精密定位机构,采用高性能直线电机直接驱动宏动平台,实现系统大行程微米级精度定位;安装在宏动平台上的压电陶瓷驱动微动平台,实现纳米级的分辨率和定位精度,以高频响动态补偿系统的定位误差;采用精密光栅尺反馈微动平台输出端的位置信号,实现定位机构的全闭环反馈控制。在分别建立宏动、微动、宏微机构模型的基础上,提出复合型宏动控制和模糊自校正PID微动控制的宏微控制策略。实验研究表明:系统的动态和稳态性能良好,该定位机构的最大工作行程100 mm,稳定时间小于40 ms,重复定位精度10 nm。     

单自由度柔性微定位平台的设计与分析

针对微/纳精密操作定位精度要求,基于压电陶瓷驱动方法,设计了一类适用于面内精密定位工作的单自由度柔性微定位平台,采用单自由度柔性铰链实现机构的微/纳米级运动。通过构建柔性微定位平台的运动学模型得到了机构在铰链空间和笛卡尔空间中的位置映射关系,结合有限元仿真分析各位置柔性铰链的柔度特性对机构执行末端位移输出能力的影响,与位置理论计算结果比较说明其有效性。模态分析、驱动刚度分析为后续的动力学问题研究奠定了基础。     

一种新型医用精密镊子的结构设计与分析

通过对传统V型镊子的简化模型进行分析,确定传统V型结构不能满足要求的原因。基于柔顺辅助应力卸载原理,对传统V型结构进行改进,提出了新型结构镊子的简化模型,并经理论验证其能够有效解决传统V型结构不能满足要求的问题。     

高速宏微运动平台及精密定位方法

围绕微电子精密制造封装装备的高性能要求,在宏微复合定位技术的基础上,提出一种新型宏微复合精密定位平台及其精密定位方法。首先利用ADAMS/view对平台进行动力学分析与仿真,明确弹簧刚度与预紧力因素对系统性能的影响,使得符合封装装备高频往复的工作要求。然后提出宏微复合运动的PID切换控制方法,实现平台的控制系统开发,搭建其宏微复合定位平台,并开展其定位性能的实验。结果表明,在速度为0.25 m/s,加速度为5 g的20 mm运行条件下,平台能够实现40 nm的定位精度且稳定时间小于105 ms。     

精密直线定位平台

进入21世纪以来，直线运动部件已经逐渐向复合化、轻量化与模块化发展，而精密直线定位平台正是这种发展趋势的代表。目前此类直线定位平台在多个领域已经有较广泛的应用，并由此类平台衍生出多种传动组合单元，使系统配置更加简单快捷。本文主要介绍有代表性的LS系列直线定位平台，如图1所示。     

三种两自由度柔顺精密定位平台的性能对比与分析

针对传统的缺口型和直片型柔性铰链平台行程不足的特点,设计了一种波纹簧片型柔性铰链,并在此基础上设计了由电磁驱动的两自由度柔顺精密定位平台。基于波纹簧片型、缺口型和直片型柔性铰链平台的特点建立有限元模型分析了这三种平台的静态和模态性能,包括行程,固有频率等。利用电磁驱动作为定位平台的输入驱动,综合对比了三种平台的实际行程,耦合位移,重复定位精度等性能,验证了有限元分析的正确性。结果表明,相比于缺口型和直片型柔性铰链平台,基于波纹簧片型柔性铰链的两自由度柔顺精密定位平台具有行程大,定位精度高的特点,对于柔顺精密定位平台的研究具有重要的参考价值。