基于二级杠杆机构的二自由度微定位平台设计与分析

发布时间：2021-04-13 07:27

　　针对由压电陶瓷驱动的微定位平台工作行程不足的问题,设计了一种基于二级杠杆机构的二自由度微定位平台。考虑到不同柔性铰链的物理特性,通过差异化的铰链组合方式来优化新型二自由度微定位平台的性能,使其具有较快响应速度和大范围输出位移。基于拉格朗日定理,构建了新型二自由度微定位平台的刚度模型,并推导了其固有频率的解析表达式。有限元仿真结果表明,该二自由度微定位平台刚度模型的误差较小,验证了刚度建模方法的准确性和可靠性。研究结果可为柔性精密微定位平台的构型设计和建模分析提供一定的理论指导。 

【文章来源】：工程设计学报. 2020,27(04)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

典型缺口型柔性铰链示意图

杠杆机构是较常用的放大机构，相比于其他放大机构，其具有结构简单、制造方便和放大倍数易分析等优点，但其结构不紧凑，尤其是为了得到大放大比，需要增大机构的整体尺寸。为有效平衡杠杆机构尺寸和微定位平台输出位移之间的关系，需选择具有合适放大级数的杠杆机构。一级杠杆机构结构简单，但难以得到足够大的输出位移；三级或多级杠杆机构的结构不够紧凑，易产生寄生运动。鉴于此，选择二级杠杆机构作为微定位平台的放大机构。同时，为了提高微定位平台的响应速度，对传统杠杆机构的几何形状进行优化。图2所示为3种不同类型的杠杆机构的结构及其力驱动形式，其中图2(a）、（b）为新型杠杆机构，图2(c）为传统杠杆机构。图2中：小黑点表示杠杆机构的质心，m表示杠杆机构的质量，r1、r2和r3分别表示3种不同类型杠杆机构的质心与转动轴之间的距离，F表示驱动力。杠杆机构的转动惯量J为：

二级杠杆机构作为微定位平台的位移放大、传递机构，采用完全对称结构，以避免应力集中和确保机构不受切向破坏力的影响，同时使非驱动位移方向上的受力抵消，不产生附加位移，以提高运动精度。二自由度微定位平台中二级杠杆机构的尺寸参数如图4所示。图4中：l1为位移输入点S到柔性铰链A的水平距离；l2为柔性铰链A到柔性铰链B的水平距离；l3为柔性铰链C到柔性铰链D的水平距离；l4为柔性铰链D到柔性铰链G的水平距离；l5为连接工作平台的每根杆的长度；l6为位移导向机构中直梁型柔性铰链的缺口长度。为了方便计算，取二级杠杆机构的一侧进行分析，其放大原理如图5所示：输入位移Δd经由柔性铰链A、B组成的第1级杠杆和由柔性铰链C、D、G组成的第2级杠杆进行放大处理，最终在柔性铰链H处输出位移Δy。图5中：Δa表示输入位移经第1级杠杆放大后的输出位移，同时也是第2级杠杆的输入位移；θ1表示第1级杠杆的转角；θ2表示第2级杠杆的转角。图4 二自由度微定位平台中二级杠杆机构的尺寸参数

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
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本文编号：3134881