多驱动大行程柔性定位系统设计与分析
发布时间：2021-04-03 18:44
随着“亚微米-纳米”技术的发展,由于传统机械传动方式存在摩擦、间隙、爬行等非线性因素,已不能满足超精密加工、半导体制备、光学精密工程及航空航天等高精密领域对定位精度的要求,迫切需要多自由度、大行程、?m/nm级定位精度、快响应速度、易控制与制造方便的高精密定位系统。压电陶瓷驱动的柔性定位系统具有运动精度高、响应速度快、结构紧凑、控制方便、易实现系统的轻量化与小型化等特点,在众多高精密领域中具有潜在应用价值,已成为国内外研究的热点。因此,开展大工作行程、多自由度、高精度压电柔性定位系统的研究对促进我国高精密加工、制造与测量等技术的发展具有重要理论意义。本文依托于重庆大学机械传动国家重点实验室自主项目及上海市空间飞行器机构重点实验室开放课题,围绕多自由度、大工作行程及高精密定位的性能目标,设计了五自由度柔性定位系统。针对该定位系统,开展了结构设计、静动力学、轴间耦合运动、迟滞建模、闭环控制策略、实验测试等研究。论文的主要研究内容概括如下:（1）研究了多驱动大行程柔性定位系统工作原理与设计:采用柔性机构学、机械原理、创新结构设计等理论,探讨了柔性定位系统工作原理与组成,结合定位系统设计原则,...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
六自由度柔性定位平台
重庆大学硕士学位论文华南理工大学的梁济民等提出了一种六自由度柔性定位平台，如图 1.3 所示，机构平移定位精度小于 2 m，转角定位精度在-2 rad~4 rad 范围内，并且稳定性好，抗干扰能力强[29]。燕山大学的马琦翔等针对生物工程中细胞注射的要求，以柔性铰链 3-PRC 并联机构为基础，提出并设计了一种由压电陶瓷驱动的新型并联柔性微动平台，如图 1.4 所示，该 3-PRC 并联微动平台具有三维平移功能以及良好的线性输入-输出关系，可以实现微纳米级的运动范围和定位精度[30]。
niversity 的 Saeid Bashash 等提出了压电陶瓷驱动的二维柔性定位系统，其对压瓷及其补偿控制进行了深入研究，利用 Prandtl-Ishlinshii 逆迟滞模型及时变参自滑膜智能控制方式实现系统的近似线性输出，平均误差约 2nm，具有 10-100带宽工作频率[51]。Kihan Park 等提出了一种压电陶瓷驱动，电子显微镜应用前 xy 柔性定位平台，采用点对点的控制方式，实现平台的高精度轨迹控制，为定位平台的实际应用提供了参考依据[52]。Jung-JaeKim 等提出了一种压电驱动的二维柔性定位系统，如图 1.11 所示，结构尺寸为 98×56×15mm，结合经典 PID 控制方法，可实现 963 m 工作行程制轨迹误差约±100nm，为柔性定位系统的高精度控制提供了理论基础[53]。Gechitter 等设计了面向原子力扫描显微镜（Atomic force microscope，简称 AFM柔性定位系统，如图 1.12 所示，设计了智能自适应反馈控制策略，实现了 向13 1 3 4. 3μm的工作行程，nm 级定位精度以及 8 帧/s 的扫描速度，为柔性系统的工业应用提供了参考依据[54]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]音圈电机驱动的柔性定位平台设计与控制[J]. 田延岭,包亚洲,王福军,蔡坤海,杨成娟,张大卫. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2017(10)
[2]柔顺并联机器人动力学及轨迹跟踪[J]. 田浩,余跃庆. 机械工程学报. 2016(13)
[3]压电位移放大机构的力学解析模型及有限元分析[J]. 凌明祥,刘谦,曹军义,李思忠. 光学精密工程. 2016(04)
[4]具有耦合补偿功能的大行程二维柔性平台[J]. 闫鹏,张立龙,刘鹏博. 光学精密工程. 2016(04)
[5]柔性机构及其应用研究进展[J]. 于靖军,郝广波,陈贵敏,毕树生. 机械工程学报. 2015(13)
[6]压电微位移致动器的研制及其应用[J]. 王爱萍. 电子质量. 2009(05)
[7]面向光学精密装配的微操作机器人[J]. 马立,荣伟彬,孙立宁,龚振邦. 机械工程学报. 2009(02)
[8]并联微操作机器人技术及应用进展[J]. 贠远,徐青松,李杨民. 机械工程学报. 2008(12)
[9]基于压电陶瓷驱动的精密定位平台研究[J]. 王华,张宪民,邓俊广. 测试技术学报. 2007(04)
[10]柔顺机构国内外研究现状分析[J]. 王雯静,余跃庆,王华伟. 机械设计. 2007(06)
博士论文
[1]压电驱动器的迟滞非线性建模与控制[D]. 陈远晟.南京航空航天大学 2013
[2]两自由度精密定位平台结构设计与运动控制[D]. 秦岩丁.天津大学 2011
[3]面向生物工程的精密定位机构及其动力学特性研究[D]. 叶果.中国矿业大学 2011
硕士论文
[1]精密柔性运动平台中耦合误差的研究[D]. 卢松松.山东大学 2017
[2]压电陶瓷微定位系统的设计及仿真[D]. 唐平.西南交通大学 2017
[3]基于生物工程的新型并联微动平台的理论与实验研究[D]. 马琦翔.燕山大学 2014
[4]基于柔顺机构的空间六自由度微位移精密定位平台研究[D]. 梁济民.华南理工大学 2012
[5]多尺度微/纳米定位系统的设计、分析及试验研究[D]. 俞松松.重庆大学 2011
[6]高精度微定位器结构与控制研究[D]. 熊本炎.西北工业大学 2005
[7]基于PZT微定位系统控制研究[D]. 周晓峰.浙江大学 2004
本文编号：3116879
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
六自由度柔性定位平台
重庆大学硕士学位论文华南理工大学的梁济民等提出了一种六自由度柔性定位平台，如图 1.3 所示，机构平移定位精度小于 2 m，转角定位精度在-2 rad~4 rad 范围内，并且稳定性好，抗干扰能力强[29]。燕山大学的马琦翔等针对生物工程中细胞注射的要求，以柔性铰链 3-PRC 并联机构为基础，提出并设计了一种由压电陶瓷驱动的新型并联柔性微动平台，如图 1.4 所示，该 3-PRC 并联微动平台具有三维平移功能以及良好的线性输入-输出关系，可以实现微纳米级的运动范围和定位精度[30]。
niversity 的 Saeid Bashash 等提出了压电陶瓷驱动的二维柔性定位系统，其对压瓷及其补偿控制进行了深入研究，利用 Prandtl-Ishlinshii 逆迟滞模型及时变参自滑膜智能控制方式实现系统的近似线性输出，平均误差约 2nm，具有 10-100带宽工作频率[51]。Kihan Park 等提出了一种压电陶瓷驱动，电子显微镜应用前 xy 柔性定位平台，采用点对点的控制方式，实现平台的高精度轨迹控制，为定位平台的实际应用提供了参考依据[52]。Jung-JaeKim 等提出了一种压电驱动的二维柔性定位系统，如图 1.11 所示，结构尺寸为 98×56×15mm，结合经典 PID 控制方法，可实现 963 m 工作行程制轨迹误差约±100nm，为柔性定位系统的高精度控制提供了理论基础[53]。Gechitter 等设计了面向原子力扫描显微镜（Atomic force microscope，简称 AFM柔性定位系统，如图 1.12 所示，设计了智能自适应反馈控制策略，实现了 向13 1 3 4. 3μm的工作行程，nm 级定位精度以及 8 帧/s 的扫描速度，为柔性系统的工业应用提供了参考依据[54]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]音圈电机驱动的柔性定位平台设计与控制[J]. 田延岭,包亚洲,王福军,蔡坤海,杨成娟,张大卫. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2017(10)
[2]柔顺并联机器人动力学及轨迹跟踪[J]. 田浩,余跃庆. 机械工程学报. 2016(13)
[3]压电位移放大机构的力学解析模型及有限元分析[J]. 凌明祥,刘谦,曹军义,李思忠. 光学精密工程. 2016(04)
[4]具有耦合补偿功能的大行程二维柔性平台[J]. 闫鹏,张立龙,刘鹏博. 光学精密工程. 2016(04)
[5]柔性机构及其应用研究进展[J]. 于靖军,郝广波,陈贵敏,毕树生. 机械工程学报. 2015(13)
[6]压电微位移致动器的研制及其应用[J]. 王爱萍. 电子质量. 2009(05)
[7]面向光学精密装配的微操作机器人[J]. 马立,荣伟彬,孙立宁,龚振邦. 机械工程学报. 2009(02)
[8]并联微操作机器人技术及应用进展[J]. 贠远,徐青松,李杨民. 机械工程学报. 2008(12)
[9]基于压电陶瓷驱动的精密定位平台研究[J]. 王华,张宪民,邓俊广. 测试技术学报. 2007(04)
[10]柔顺机构国内外研究现状分析[J]. 王雯静,余跃庆,王华伟. 机械设计. 2007(06)
博士论文
[1]压电驱动器的迟滞非线性建模与控制[D]. 陈远晟.南京航空航天大学 2013
[2]两自由度精密定位平台结构设计与运动控制[D]. 秦岩丁.天津大学 2011
[3]面向生物工程的精密定位机构及其动力学特性研究[D]. 叶果.中国矿业大学 2011
硕士论文
[1]精密柔性运动平台中耦合误差的研究[D]. 卢松松.山东大学 2017
[2]压电陶瓷微定位系统的设计及仿真[D]. 唐平.西南交通大学 2017
[3]基于生物工程的新型并联微动平台的理论与实验研究[D]. 马琦翔.燕山大学 2014
[4]基于柔顺机构的空间六自由度微位移精密定位平台研究[D]. 梁济民.华南理工大学 2012
[5]多尺度微/纳米定位系统的设计、分析及试验研究[D]. 俞松松.重庆大学 2011
[6]高精度微定位器结构与控制研究[D]. 熊本炎.西北工业大学 2005
[7]基于PZT微定位系统控制研究[D]. 周晓峰.浙江大学 2004
本文编号：3116879
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