大行程结构一体化二维微定位台参数化设计及实验

发布时间：2017-04-18 19:07

  本文关键词：大行程结构一体化二维微定位台参数化设计及实验，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着纳米技术的不断发展,微定位技术作为纳米技术的关键技术之一,已成为国内外关注的热点。以压电元件与全柔性机构相结合的微定位机构是目前常见的微定位设备。 本文从构型设计、运动学分析、静力学分析、参数化有限元分析及实验控制等方面,对一种大行程结构一体化二维微定位平台(后面简称微定位台)进行了较为细致和深入的研究。具体研究内容和创新成果如下： (1)根据柔性机构的特点,采用微定位并联机构构型理论,在构型的多功能微驱动接口模块及二平动并联机构的基础上提出了一种新型两自由度大行程微定位平台。 (2)以刚度为设计目标,利用伪刚体模型法对微位移放大模块的结构尺寸进行设计,并通过有限元分析对结构尺寸进行了修正。形成了一种以刚度为目标,理论刚度模型与有限元分析相结合的微动机构结构尺寸设计方法,该方法可明确各柔性单元对机构刚度的影响,为设计者进行结构尺寸优化设计提供了一定的理论基础。 (3)基于柔性单元的单元刚度矩阵及矩阵位移法提出了单元刚度矩阵法,应用单元刚度矩阵法全面考虑机构中各柔性单元的变形,对微定位台进行了静力学、运动学分析,建立了微定位台刚度模型和运动学模型。 (4)结合VC和APDL两者优势,对微定位台参数化有限元分析方法进行了研究。编写了微定位台的APDL命令流文件,开发了人机信息交互界面,实现了微定位台全参数化驱动的有限元分析。 (5)对压电陶瓷驱动器的蠕变、迟滞特性进行研究,开发了压电陶瓷特性测试程序。对微定位台的工作空间、末端位移的变化曲线进行研究,开发了微定位台的性能测试程序,并在此基础上采用闭环控制方案设计开发了微定位台的控制程序。 通过仿真和试验,结果表明以刚度为目标的结构尺寸设计方法是可靠的,建立的微定位台的刚度模型、运动学模型接近机构的实际情况,开发的闭环控制系统可实现微定位台的精确定位。以上分析和研究为后续的结构尺寸优化设计、动力学特性研究及控制系统完善提供了理论基础。
【关键词】：柔性并联机构 柔度矩阵 雅可比矩阵 有限元 闭环控制
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH703
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 微定位技术概述10
• 1.2 大行程微定位技术国内外研究现状10-14
• 1.2.1 单级驱动的大行程纳米定位工作台10-13
• 1.2.2 两级驱动的大行程纳米定位工作台13-14
• 1.3 大行程微定位技术的发展趋势展望14
• 1.4 本文主要研究内容14-16
• 第二章 微定位台的方案设计16-23
• 2.1 引言16
• 2.2 并联微定位机构16
• 2.3 新型微定位机构构型16-19
• 2.3.1 多功能微驱动接口模块16-18
• 2.3.2 一种2-PPr型二平动并联结构微定位平台18-19
• 2.4 二平动微定位台方案设计19-22
• 2.4.1 微定位台机构描述19-21
• 2.4.2 微定位台的单元机构划分21-22
• 2.5 本章小结22-23
• 第三章 微定位台中各单元机构的刚度模型23-42
• 3.1 引言23
• 3.2 柔性运动副的刚度模型23-27
• 3.2.1 弹性移动副的刚度模型23-24
• 3.2.2 柔性铰链的刚度模型24-26
• 3.2.3 柔性梁单元的刚度模型26-27
• 3.3 柔性机构的刚度分析27-28
• 3.4 直圆柔性铰链平行导向机构28-36
• 3.4.1 平行导向机构描述28-29
• 3.4.2 平行导向机构支链的柔度模型29-34
• 3.4.3 平行导向机构的刚度模型34-35
• 3.4.4 实例分析验证35-36
• 3.5 弹性折叠梁的刚度建模36-41
• 3.5.1 弹性折叠梁的机构描述36-37
• 3.5.2 弹性折叠梁支链的柔度模型37-39
• 3.5.3 弹性折叠梁的刚度模型39-40
• 3.5.4 实例分析验证40-41
• 3.6 本章小结41-42
• 第四章 以刚度为目标的结构尺寸设计42-51
• 4.1 引言42
• 4.2 微位移放大模块的机构描述42-43
• 4.3 微位移放大模块的设计计算43-48
• 4.3.1 微位移放大模块设计指标43
• 4.3.2 微位移放大模块的结构尺寸设计43-48
• 4.4 基于有限元分析的机构参数修正48-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第五章 微定位台静力学及运动学分析51-63
• 5.1 引言51
• 5.2 微定位台刚度模型的建立51-58
• 5.2.1 两输入支链的刚度模型52-56
• 5.2.2 建立微定位台末端的刚度模型56-58
• 5.3 微定位台运动学分析58-62
• 5.3.1 微定位台输入支链的运动学分析59-61
• 5.3.2 微定位台位置正反解61-62
• 5.3.3 微定位台的运动学模型62
• 5.4 本章小结62-63
• 第六章 微定位台参数化建模及有限元分析63-70
• 6.1 引言63
• 6.2 全柔性机构性能的分析方法63
• 6.3 基于VC与APDL的微定位台参数化设计63-68
• 6.3.1 微定位平台的APDL参数化建模64-67
• 6.3.2 基于VC的微定位台参数化分析67-68
• 6.4 微定位台参数化有限元分析实例68-69
• 6.5 本章小结69-70
• 第七章 微定位台实验控制系统70-82
• 7.1 引言70
• 7.2 压电陶瓷特性测试70-76
• 7.2.1 压电陶瓷概述70
• 7.2.2 压电陶瓷测试系统搭建70-71
• 7.2.3 蠕变特性测试71-73
• 7.2.4 迟滞特性测试73-76
• 7.3 微定位台测试实验系统76-78
• 7.3.1 微定位台实验系统搭建76
• 7.3.2 微定位台测试系统界面76-77
• 7.3.3 微定位台运动实验测试结果77-78
• 7.4 微定位台控制系统78-81
• 7.4.1 微定位台闭环反馈控制方式78-80
• 7.4.2 微定位台控制系统80-81
• 7.5 本章小结81-82
• 第八章 总结与展望82-84
• 8.1 总结82-83
• 8.2 展望83-84
• 致谢84-85
• 参考文献85-90
• 攻读硕士期间发表的学术论文和参加的科研项目90

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘德忠,许意华,费仁元,宇惠平,王波;柔性铰链放大器的设计与加工技术[J];北京工业大学学报;2001年02期

2 姜文锐;卢泽生;;一种大行程高精度微执行器的研究[J];传感技术学报;2006年05期

3 胡长德;赵美蓉;李咏强;高娟;朱砂;;大行程纳米级压电微动工作台的设计与试验研究[J];传感技术学报;2009年06期

4 朱煜,尹文生,段广洪;光刻机超精密工件台研究[J];电子工业专用设备;2004年02期

5 刘晓波,沈予洪;基于APDL语言的参数化建模技术[J];电脑学习;2005年03期

6 吴鹰飞,周兆英;柔性铰链的设计计算[J];工程力学;2002年06期

7 张景柱;徐诚;赵彦峻;;新型柔性铰链的柔度计算[J];工程力学;2008年11期

8 罗兵,李圣怡,李艾利;超精密扭轮摩擦传动动力学研究[J];国防科技大学学报;1998年03期

9 卢礼华;白清顺;梁迎春;;纳米定位技术的发展现状[J];工具技术;2007年11期

10 毕树生,宗光华,张体娟;并联微操作机构的研究与应用[J];高技术通讯;2001年02期

中国博士学位论文全文数据库 前6条

1 纪华伟;压电陶瓷驱动的微位移工作台建模与控制技术研究[D];浙江大学;2006年

2 卢礼华;基于滚珠丝杠的大行程纳米定位系统建模和控制技术研究[D];哈尔滨工业大学;2007年

3 李欣欣;宏/微两级驱动的大行程高精度二维定位平台基础技术研究[D];浙江大学;2008年

4 张晓峰;大行程超精密工作台关键技术研究[D];天津大学;2008年

5 杨雪锋;压电式生物细胞微操作台建模及控制策略研究[D];中国矿业大学;2009年

6 张栋;压电工作台微定位系统建模与控制技术[D];山东大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 王金刚;基于Visual C++与ANSYS的道岔群分析系统设计研究[D];中南大学;2010年

2 王军超;运动解耦六自由度并联微动机器人关键技术研究[D];燕山大学;2002年

3 杨立斌;纳米级微定位平台的设计及实验研究[D];天津大学;2005年

4 王硕;3-RPR柔性并联微位移机构的设计与分析[D];北京交通大学;2007年

5 刘书杰;外倾式钢箱拱桥扣索吊装拱肋线形控制[D];同济大学;2008年

6 黄挺朋;压电驱动微动定位平台系统设计与开发[D];浙江大学;2008年

7 许辉焱;六自由度宏/微一体化并联操作台系统研究[D];上海交通大学;2009年

8 齐立民;基于大行程柔性铰链的精密并联机器人研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

9 程陶;基于直线电机的精密定位驱动技术研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

10 句彦儒;一种新型3-RRRRR并联微动机构的设计与分析[D];燕山大学;2010年

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