平面四爪微夹持器结构设计及优化

发布时间：2021-02-06 05:01

　　微夹持器作为一种末端执行器广泛应用于光学检测、生物医疗和微纳操作等精密工程领域,为了实现微夹持器对不规则微小物体的稳定夹持、避免夹取过程中操作对象脱落损伤,设计一款结构合理、响应速度快、夹持精度高、夹持稳定的微夹持器具有重要意义。本文针对2点接触式的平面夹持易失稳、夹持可靠性不高、夹持精度低等问题,提出了利用桥式放大和杠杆放大原理,设计一种新型的4点接触微夹持器,并建立了几何模型;根据输入位移与输出位移之间的放大关系建立了微夹持器放大系数的数学模型,确定了微夹持器的理论放大倍数计算公式,并利用ANSYS对其仿真分析,结果表明该夹持器具有较大的夹持行程和较快的响应速度。为了提高微夹持器的综合性能,本文利用BP神经网络模型的多目标优化方法,建立了不同设计参数的有限元模型;通过拉丁超立方试验设计方法选取试验点,利用BP神经网络进行训练推导出设计参数与性能指标之间的全局映射关系,并通过多目标遗传算法进行全局寻优搜索运算,求出设计最优解并确定了合理的结构参数。经实验验证及仿真对比,结果表明优化后微夹持器固有频率增大了10.85%,放大倍数增大了7.15%,最大应力降低了4.47%,说明四点接触夹... 

【文章来源】：江西理工大学江西省

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 研究现状
        1.2.1 微夹持器驱动方式研究现状
        1.2.2 微夹持器柔顺机构研究现状
    1.3 主要研究内容
第二章 平面四爪微夹持器设计与分析
    2.1 引言
    2.2 四点接触式执行器操作分析
    2.3 直圆柔性铰链刚度计算分析
    2.4 平面四爪微夹持器结构设计
    2.5 放大倍数理论分析
        2.5.1 内部支链分析
        2.5.2 外部支链分析
    2.6 有限元仿真分析
        2.6.1 放大倍数分析
        2.6.2 固有频率分析
        2.6.3 最大应力分析
    2.7 结论
第三章 平面四爪微夹持器多目标优化
    3.1 引言
    3.2 微夹持器结构参数
    3.3 性能指标及设计变量
    3.4 神经网络优化原理
        3.4.1 基于神经网络响应面法的优化流程
    3.5 BP神经网络建模
        3.5.1 建立神经网络模型
        3.5.2 确定训练样本
        3.5.3 泛化能力检验
    3.6 多目标优化
    3.7 实验验证
    3.8 结论
第四章 基于PID的微夹持器控制
    4.1 引言
    4.2 PID控制原理
    4.3 压电执行器传递函数
    4.4 微驱动器动力学模型
    4.5 微夹持器PID参数辨识
    4.6 结论
第五章 空间四爪微夹持器结构设计与分析
    5.1 引言
    5.2 空间微夹持器的结构设计
    5.3 理论分析
        5.3.1 放大倍数理论分析
    5.4 有限元仿真分析
        5.4.1 放大倍数分析
        5.4.2 固有频率分析
        5.4.3 最大应力分析
    5.5 相关性分析
    5.6 结论
第六章 结论与展望
    6.1 主要工作及结论
    6.2 创新点
    6.3 研究展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于振动控制的微小物体释放操作方法与实验研究[J]. 胡俊峰,蔡建阳.  兵工学报. 2017(04)
[2]基于改进PI模型的压电陶瓷迟滞特性补偿控制[J]. 于志亮,刘杨,王岩,李松,谭久彬.  仪器仪表学报. 2017(01)
[3]基于Kriging模型的微夹持器优化设计[J]. 胡俊峰,蔡建阳,郑昌虎.  中国机械工程. 2016(14)
[4]压电微动平台的改进PID控制[J]. 蔡成波,崔玉国,蔡永根,李勇.  压电与声光. 2016(03)
[5]基于有限元法的桥式柔顺机构动态性能分析[J]. 胡俊峰,郑昌虎,徐贵阳.  机械设计. 2016(01)
[6]基于响应面法的微操作平台多目标优化[J]. 胡俊峰,徐贵阳,郝亚洲.  光学精密工程. 2015(04)
[7]基于有限元法的柔性铰链力学模型和性能分析[J]. 胡俊峰,郝亚洲,徐贵阳.  工程设计学报. 2014(05)
[8]基于MEMS机构装配的微夹持器研究[J]. 郝永平,董福禄,张嘉易,包丽雅.  中国机械工程. 2014(05)
[9]用于微装配的二级放大微夹持器的设计与实验[J]. 包丽雅,周娴.  机械设计与研究. 2014(01)
[10]PID参数整定的MCP标准传递函数法公式[J]. 杨平,黄伟,孙宇贞,李芹,于会群.  上海电力学院学报. 2014(01)

硕士论文
[1]PID参数整定技术的研究及应用[D]. 刘玲玲.郑州大学 2010



本文编号：3020195