柔性多维精密定位平台的设计及误差分析

发布时间：2017-10-17 09:31

  本文关键词：柔性多维精密定位平台的设计及误差分析

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【摘要】：精密定位技术是纳米操作、纳米测量以及纳米制造的关键技术之一。开展基于新的机构形式、驱动方式、检测技术及控制方法的多自由度、大行程、高精度精密定位系统的关键技术研究,对促进我国航空航天工程的发展、高精尖科技的进步,具有深远的意义。本文以重庆大学机械传动国家重点实验室科研业务专项项目和上海空间飞行器机构重点实验室开放课题为依托,以多自由度、大行程和高定位精度等为目标,发明了一体式六自由度精密定位平台(专利号:ZL201310029779.5),针对该定位平台,开展了结构设计、静态特性分析、位姿误差分析、精度补偿、精度综合及仿真试验等研究,具体研究内容如下:应用柔顺机构学、空间机构学等理论,创新性地设计并研制了六自由度精密定位平台,利用虚功原理和伪刚体法进行运动学分析,推导了定位平台总体刚度矩阵和运动学正解方程,并通过RPY(滚动-俯仰-偏转)角姿态描述方法得到了精密定位平台的位姿描述方程。利用误差-微分关系理论,建立了定位平台位姿误差数学模型和精度补偿模型,引入误差权重系数的概念,提出了利用误差权重系数法分析原始误差对定位平台整体位姿误差影响的理论和基于权重系数加权法的精度综合方法,揭示了定位平台位姿误差随几何参数的变化规律。研究了精密定位平台的整体加工工艺,以及针对该定位平台的线切割加工方法。搭建了精密定位平台的试验平台,对其输出特性、重复定位精度、线性度、精度补偿等进行了试验研究,实现了高精度、多自由度的纳米级定位,并对定位平台的定位性能进行综合评价,得到了定位平台的各项性能指标,达到了预期的设计目标。开展了六自由度精密定位平台在纳米压印光刻机中的应用研究,根据纳米压印光刻机的工作原理,以精密定位平台为承片台系统进行了纳米压印光刻机的三维建模,并对承片台系统进行了原理分析及有限元运动仿真。
【关键词】：柔性机构 精密定位 位姿描述 误差分析 精度综合
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH702
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 引言9-10
• 1.1.1 研究背景及意义9
• 1.1.2 精密定位的类型9-10
• 1.2 精密定位平台结构设计研究现状10-13
• 1.2.1 串联式定位平台10-11
• 1.2.2 并联式定位平台11-12
• 1.2.3 混联式定位平台12-13
• 1.3 精密定位平台误差分析研究现状13-15
• 1.3.1 误差检测技术13-14
• 1.3.2 误差补偿方法14-15
• 1.4 主要研究内容15-16
• 1.5 本章小结16-17
• 2 精密定位平台的基本原理及误差理论17-29
• 2.1 定位平台的结构组成17-24
• 2.1.1 微位移驱动器17-19
• 2.1.2 传动导轨19-21
• 2.1.3 位移放大机构21-24
• 2.2 误差分析基础理论24-28
• 2.2.1 误差的传递与分配24-26
• 2.2.2 误差的合成26-28
• 2.3 本章小结28-29
• 3 精密定位平台的结构设计及运动学分析29-43
• 3.1 定位平台的结构设计29-30
• 3.2 定位平台的静态刚度及运动方程30-38
• 3.2.1 静态刚度矩阵30-34
• 3.2.2 运动学正解方程34-38
• 3.3 位姿描述方程38-42
• 3.3.1 坐标变换39-40
• 3.3.2 RPY角位姿描述40-42
• 3.4 本章小结42-43
• 4 精密定位平台的误差分析与精度综合43-65
• 4.1 定位平台的误差源分析43-47
• 4.1.1 驱动误差43-44
• 4.1.2 建模误差44-45
• 4.1.3 检测误差45-46
• 4.1.4 加工误差46-47
• 4.2 定位平台的误差建模47-54
• 4.2.1 位姿误差数学模型47-50
• 4.2.2 位姿误差仿真分析50-54
• 4.3 定位平台的误差权重系数54-58
• 4.3.1 误差权重系数建模54-55
• 4.3.2 权重系数数值仿真55-57
• 4.3.3 精度补偿模型57-58
• 4.4 定位平台的精度综合58-63
• 4.4.1 精度综合建模58-62
• 4.4.2 精度综合数值仿真62-63
• 4.5 本章小结63-65
• 5 精密定位平台的制造应用与试验65-81
• 5.1 定位平台的线切割加工65-69
• 5.1.1 材料选择65-66
• 5.1.2 加工流程与方法66-67
• 5.1.3 线切割加工67-69
• 5.2 定位平台在纳米压印光刻机中的应用69-73
• 5.2.1 光刻机的工作原理69-70
• 5.2.2 定位平台在光刻机中的应用70-73
• 5.3 定位平台的试验研究73-80
• 5.3.1 输出特性试验73-75
• 5.3.2 精度补偿试验75-77
• 5.3.3 线性度试验77-78
• 5.3.4 重复定位精度试验78-79
• 5.3.5 综合性能评价79-80
• 5.4 本章小结80-81
• 6 结论与展望81-83
• 6.1 全文总结81
• 6.2 工作展望81-83
• 致谢83-85
• 参考文献85-89
• 附录89
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录89
• B. 作者在攻读学位期间申请的发明专利目录89
• C. 作者在攻读学位期间参加的科研项目目录89

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本文编号：1048066