基于并联机构的空间3-RPC型柔顺微动精密定位平台的研究

发布时间：2017-06-02 02:07

  本文关键词：基于并联机构的空间3-RPC型柔顺微动精密定位平台的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,随着科技发展微定位技术受到越来越多关注并在精密机械制造、加工、装配、微机电系统(MEMS)、精密光学、生物医学工程等领域中广泛应用。这些领域对精密定位系统的要求也越来越高：不仅要求系统具有良好运动特性、高精度的定位精度还要系统具有快速的响应时间,因此,研究一种柔顺并联机构应用于精密定位平台系统有着广阔的应用前景和发展潜力。 本文主要对精密定位平台传动机构及控制系统研究,设计以压电陶瓷驱动,3-RPC型柔顺并联机构作为精密定位平台的传动机构,采用常规PID控制方法结合微位移检测装置构成精密定位平台系统。 基于并联机构螺旋理论基础对3-RPC型并联机构构型及运动特性进行分析,结合柔性铰链特性研究设计了3-RPC型柔顺并联机构,对柔顺支链采用整体式设计与传统支链结构相比消除了传动中的装配误差、间隙、及机械摩擦,提高了机构定位精度。 运用虚功原理建立了柔顺并联机构静刚度模型；利用Solidworks软件建立了柔顺并联机构模型,利用ANSYS软件对机构进行静力学仿真得出机构仿真输出位移,为实验设计提供对比依据；由机构静刚度模型结合仿真分析得出机构静刚度矩阵。 精密定位平台控制系统采用常规PID控制。在对硬件系统设计的基础上分析研究了压电陶瓷驱动器的工作原理及其迟滞、蠕变、非线性等特性；建立了精密定位平台控制系统模型设计了平台PID控制器并进行了仿真。 搭建了精密定位平台实验系统进行实验验证,对压电陶瓷定位精度及平台定位精度进行了测试,分析了定位系统误差来源及产生原因。测量结果验证了精密定位系统设计分析的合理性。
【关键词】：精密定位 柔顺并联机构 运动控制 有限元分析
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH112;TH703
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目录6-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 引言9
• 1.2 精密定位平台的研究现状9-14
• 1.2.1 定位平台研究现状9-13
• 1.2.2 精密定位关键技术13-14
• 1.3 课题研究的目的和意义14-15
• 1.3.1 精密定位系统应用14-15
• 1.3.2 研究的目的和意义15
• 1.4 论文研究的主要内容15-17
• 第二章 基于柔顺并联机构的三自由度精密定位平台理论基础17-30
• 2.1 引言17
• 2.2 精密定位平台系统17-18
• 2.3 基于柔顺并联机构的精密定位平台构型18-20
• 2.3.1 柔性铰链替代法18-19
• 2.3.2 基于柔顺并联机构的精密定位平台构型19-20
• 2.4 柔性铰链20-22
• 2.4.1 柔性运动副20-21
• 2.4.2 柔性铰链材料及加工21-22
• 2.5 精密定位平台构型22-25
• 2.5.1 螺旋理论22-24
• 2.5.2 三自由度并联机构构型设计24-25
• 2.6 精密定位平台刚度特性25-29
• 2.6.1 刚度及柔度25
• 2.6.2 柔性铰链刚度25-28
• 2.6.3 精密定位平台刚度模型的建立28-29
• 2.7 小结29-30
• 第三章 空间3-RPC型柔顺微动精密定位平台的设计与仿真30-42
• 3.1 引言30
• 3.2 3-RPC型柔顺并联机构研究30-32
• 3.2.1 3-RPC并联机构构型30-31
• 3.2.2 自由度及约束分析31-32
• 3.3 基于3-RPC型并联机构的精密定位平台设计32-33
• 3.4 精密定位平台静力学仿真及刚度分析33-41
• 3.4.1 有限元分析法33-34
• 3.4.2 精密定位平台机构静刚度仿真34-35
• 3.4.3 刚度计算35-36
• 3.4.4 精密定位平台静力分析36-41
• 3.5 小结41-42
• 第四章 3-RPC型精密定位平台控制系统研究42-55
• 4.1 引言42
• 4.2 精密定位平台硬件系统42-45
• 4.2.1 压电陶瓷驱动器43
• 4.2.2 压电陶瓷控制器43-44
• 4.2.3 数据采集及检测装置44-45
• 4.2.4 隔振装置45
• 4.3 精密定位平台驱动系统建模45-49
• 4.3.1 驱动器工作原理及其特性45-47
• 4.3.2 压电陶瓷传递函数47-48
• 4.3.3 控制器传递函数48
• 4.3.4 精密定位平台控制系统传递函数48-49
• 4.4 精密定位平台控制49-53
• 4.4.1 PID控制原理49-51
• 4.4.2 PID参数整定51
• 4.4.3 定位平台PID控制系统设计51-52
• 4.4.4 仿真分析52-53
• 4.5 小结53-55
• 第五章 精密定位平台实验分析55-61
• 5.1 引言55
• 5.2 驱动器测试实验55-56
• 5.3 精密定位平台精度测试56-58
• 5.4 定位精度及误差分析58-60
• 5.5 小结60-61
• 第六章 总结与体会61-63
• 6.1 全文总结61-62
• 6.2 体会62-63
• 参考文献63-65
• 致谢65-66
• 在学期间发表的学术论文与研究成果66-67

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