基于旋转磁铁箝位的压电尺蠖驱动器理论与试验分析

为简化压电尺蠖驱动器信号控制系统并降低摩擦磨损,提出了一种基于旋转磁铁箝位的新型压电尺蠖驱动器。该驱动器利用直流电机带动永磁体转动实现交替箝位,通过激光对射传感器感知永磁体位置产生的激励信号来驱动压电叠堆实现精密直线位移输出。优化了驱动器结构的相关参数,制作了压电尺蠖驱动器样机并对其进行试验测试,结果表明:驱动器性能稳定,最小分辨率为0.119μm,最高速度和最大载荷分别为481.43μm/s、950 g。     

预紧对蠕动式被动箝位压电驱动器性能的影响

为研究不同预紧力条件下被动箝位直线压电驱动器性能的变化规律,对前期研制的箝位体具有三角放大结构的被动箝位直线压电驱动器进行研究,采用测量箝位保持力的方法间接评价预紧力的大小,测试4种预紧状态下驱动器的箝位保持力、空载特性和负载特性.实验结果表明,随着预紧力的增加,驱动力呈现先增后降的变化趋势.预紧力较小时,驱动器运行速度较快,最大运行速度为1.43 mm/s,但驱动力较小;预紧力较大时,驱动器性能较低;合适的预紧状态可以使驱动器驱动力达到最大值2.1 N.测试驱动体振幅随驱动频率的变化规律,利用振动悬浮现象揭示驱动器速度随着驱动频率的增加呈现先增后降的变化规律.     

扫描隧道显微镜微动台的有限元分析与实验研究

设计了一种以基于尺蠖运动原理的微动台为核心的扫描隧道显微镜(STM)机械机构,利用有限元方法对微动台部分的结构进行分析,对其静态、模态特性进行了实验研究。结果表明:微动台具有较大的行程和较好的稳定性,载物力可以达到16.7 N,最小步距约8.8 nm,行程14mm。     

蠕动式压电/电致伸缩微进给定位机构的研究进展

叙述蠕动式压电／电致伸缩微进给定位机的研究现状；基于仿生蠕动和压电致动惯性冲击或ｓｔｉｃｋ－ｓｌｉｐ微进给原理，许多构思巧妙的一维和多维一体的蠕动式压电／电致伸缩微进给定位机构或系统相继问世。迄今，进给刚度和推力较小，以及不连续进给运动制约了蠕动机构的实际应用，进一步的研究将推进蠕动式压电／电致伸缩微进给定位机构的实用化，使其不仅用于测量，亦能用于加工。     

基于超磁致伸缩和压电陶瓷的XY超精密定位工作台

基于蠕动运动原理,利用超磁致伸缩材料作为驱动元件研制了直线式蠕动进给机构,同时还研制了压电陶瓷-柔性框架式蠕动进给机构．后者放置于前者之上,构成了具有毫米级行程、纳米级定位精度的XY二维精密定位工作台．在计算机控制下,对XY向位移分别进行了闭环反馈控制并测试了它们的步进性能．试验结果表明,工作台在X和Y方向上可以稳定地蠕动步进或后退,X向蠕动机构定位精度为±15 nm,Y向蠕动机构定位精度为±50 nm．     

The Inchworm Robot: A Multi-Functional System

We wish for robots to manipulate objects and move flexibly in three-dimensional spaces. We describe a robot that can move on a web of surfaces oriented around arbitrary directions in three-space and a set of control algorithms that implements motion in three-dimensions. The robot can manipulate objects in three dimensions while moving, by using the same set of physical resources and control algorithms. This robot is an inchworm-like robot with a simple, modular, and flexible design. Finally, we discuss our experiments.     

旋转尺蠖压电电机驱动机构自由振动分析

提出了一种新型旋转尺蠖压电电机。考虑旋转尺蠖压电电机驱动机构为连续系统,建立了驱动机构动力学模型;利用该动力学模型求解了样机驱动机构的固有频率和模态函数。分析了系统参数对驱动机构固有频率的影响规律,为旋转尺蠖压电电机的设计打下了理论基础。     

尺蠖驱动器箝位机构的优化设计

箝位机构的性能直接影响尺蠖驱动器的性能,为满足尺蠖驱动器箝位机构输出力大、响应速度快和结构紧凑的工作要求,设计了单切口柔性铰链桥式箝位机构.该柔性机构的设计必须综合考虑机构的静动态特性,为此,建立了该机构的理论模型,通过刚度和固有频率的试验测试以及有限元分析,发现结构紧凑的小尺寸桥式柔性机构的理论模型误差较大,很难建立简单精确的理论模型.因此,利用有限元法研究了该柔性机构各几何参数对其静动态特性的影响,并通过改变该柔性机构的几何参数,实现对该柔性机构的静动态特性进行优化,以达到设计要求.结果表明它是一种简单有效的桥式耦合柔性机构的优化设计方法.     

提高蠕动式压电直线驱动器输出力的研究进展

蠕动式压电直线驱动器具有大位移行程和高位移分辨率的特点,但是箝位机构利用静摩擦力输出负载的方式大大限制了系统的进给刚度和输出推力.从箝位机构的结构类型、运动方式以及和新材料新技术的交叉应用等方面,介绍了几种典型尺蠖驱动器的研究进展,为提高系统的输出力,指出了今后的研究方向.     

基于导通角调节的双足式尺蠖电机驱动

为了解决尺蠖电机难以兼顾高速和高精度的问题,提出一种基于导通角调节的驱动方法,对V形双足式尺蠖电机的机电耦合模型、驱动方法和运动机理等进行了研究。根据设计的V形双足式尺蠖电机结构建立其机电耦合模型,基于导通角调节确定尺蠖电机驱动方法。分析V形双足式尺蠖电机运动机理,并搭建实验平台进行实验验证。实验结果表明:在一定允许误差的范围内,实验结果与理论推导相符,验证了驱动方法的合理性与可行性。引入导通角,最小步距由500 nm降低到330 nm,降低了34%;通过同时调节频率f和导通角α,可使电机具备0.5 mm/s的最大驱动速度和330 nm的最小步距的能力。引入变量导通角α,成功实现了电机步距和驱动速度的独立调节。