四自由度压电微夹钳的研究

发布时间：2022-02-16 09:42

　　为提高压电微夹钳的灵活性、降低其前端执行机构的设计难度、节约系统成本，本文基于压电双晶片机构设计了一种新型的四自由度压电微夹钳，对其静态特性进行了分析及测试，具体研究工作如下：首先，探索了四自由度压电微夹钳的结构实现并对其静态特性进行了分析。对压电陶瓷晶片进行了电极分割，在一个压电双晶片上同时产生两组方向相反的横向逆压电效应，使一个钳指同时产生夹持方向和垂直于夹持方向的位移，从而使两个钳指具有四个自由度；基于第一类压电方程和悬臂梁弯曲变形理论，获得了钳指沿夹持方向和垂直于夹持方向的输出位移和夹持力同输入电压之间的关系，结果表明：在90V的驱动电压下，钳指沿夹持方向和垂直于夹持方向的最大位移分别为32.2μm、46.8μm，沿夹持方向和垂直于夹持方向的夹持力分别为137.0mN、199.3mN。其次，采用有限元方法分析了微夹钳的静动态特性。基于ANSYS压电耦合场分析技术，对微夹钳晶片的几何尺寸进行了优化，优化结果表明：钳指沿夹持方向和垂直于夹持方向位移同长度的平方成正比，随宽度增加而减小，同厚度成反比，夹持方向位移随电极宽度增大而增大，垂直于夹持方向位移同电极宽度成正比；最终确定钳指的... 

【文章来源】：宁波大学浙江省

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 论文的主要工作
2 微夹钳的结构设计及静态特性分析
    2.1 微夹钳四自由度的实现原理
    2.2 微夹钳的结构设计
    2.3 微夹钳的位移特性分析
        2.3.1 夹持方向位移同驱动电压的关系
        2.3.2 垂直于夹持方向位移同驱动电压的关系
    2.4 微夹钳的输出力特性分析
        2.4.1 夹持方向输出力同驱动电压的关系
        2.4.2 垂直于夹持方向输出力同驱动电压的关系
    2.5 本章小结
3 微夹钳静动态特性的有限元分析
    3.1 有限元分析模型
    3.2 钳指尺寸优化
        3.2.1 钳指长度优化
        3.2.2 钳指宽度优化
        3.2.3 钳指厚度优化
        3.2.4 电极宽度优化
    3.3 输出位移特性分析
    3.4 微夹钳动态特性分析
        3.4.1 模态分析
        3.4.2 频率响应特性分析
        3.4.3 阶跃响应特性分析
    3.5 本章小结
4 微夹钳静动态特性的测试
    4.1 实验系统构成
    4.2 钳指位移特性测试
        4.2.1 夹持方向位移特性测试
        4.2.2 垂直于夹持方向位移特性测试
        4.2.3 夹持方向干涉位移测试
        4.2.4 垂直于夹持方向干涉位移测试
    4.3 阶跃响应特性测试
        4.3.1 夹持方向阶跃响应特性测试
        4.3.3 垂直于夹持方向阶跃响应特性测试
    4.4 测试系统噪声的确定
    4.5 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 进一步工作展望
参考文献
在校期间研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]一种压电致动微夹钳及其开环位移特性[J]. 王代华,杨群.  纳米技术与精密工程. 2010(01)
[2]集成微力检测与反馈的双晶片微夹持器[J]. 叶鑫,张之敬,孙媛,王强.  兵工学报. 2009(09)
[3]具有力感知功能的四臂式MEMS微夹持器研制[J]. 孙立宁,陈涛,邵兵,李昕欣.  光学精密工程. 2009(08)
[4]一种带力传感的微夹持器设计及试验[J]. 韩江义,游有鹏,王化明,朱剑英.  机器人. 2009(01)
[5]面向微机电系统组装与封装的微操作装备关键技术[J]. 孙立宁,陈立国,荣伟彬,谢晖,刘延杰.  机械工程学报. 2008(11)
[6]用于精密微装配的全方位微小机器人[J]. 张蕊华,陈海初.  浙江大学学报(工学版). 2007(08)
[7]压电双晶片型2自由度精密驱动器的动态特性[J]. 张宏壮,程光明,曾平,杨志刚.  机械工程学报. 2007(02)
[8]具备多操作手协调的微装配机器人系统[J]. 吕遐东,黄心汉,蔡建华.  华中科技大学学报(自然科学版). 2006(11)
[9]面向微操作的组合式微夹持器[J]. 陈立国,荣伟彬,孙立宁.  哈尔滨工业大学学报. 2006(06)
[10]基于有限元方法的柔性铰链式微夹持器优化设计[J]. 杨国兴,张宪民,王华.  中国机械工程. 2006(10)

硕士论文
[1]单片柔顺机构微夹钳的性能分析及控制技术的研究[D]. 董浩民.重庆大学 2011
[2]新型微夹钳技术研究[D]. 蔡建华.华中科技大学 2006



本文编号：3627749