仿生压电式尺蠖驱动器的设计分析与实验探究

发布时间：2021-04-23 18:00

　　超精密加工与测量、精密光学工程、生物工程与现代医学、微机械加工与装配、航空航天等高尖端领域的迅速发展对微纳定位系统的性能提出了定位精度高、频响快、能耗低、重量轻、体积小等特性要求。然而传统的机械驱动器已日渐无法满足精密驱动定位的需要,具有纳米级定位精度、毫米级运动行程的跨尺度纳米驱动器逐渐发展成为纳米尺度操作不可或缺的关键装置。其中基于生物仿生技术的压电式尺蠖驱动器兼顾了大行程与高分辨率的特点,可以满足许多微纳工程领域对高精度、大输出力、大行程的要求。然而现有压电式尺蠖驱动器普遍存在结构设计与时序电路复杂等问题,这对驱动器结构的简化以及驱动速度的提升提出了一系列挑战。此外,针对尺蠖驱动器的理论研究还仅停留在柔性机构的设计与优化上,对其主要输出性能如承载能力与步长的建模仍有待完善。针对上述问题与挑战,本文基于传统柔性机构设计了互补型尺蠖驱动器,并对其进行了结构设计与仿真,理论建模与分析,性能测试与探究。主要研究内容如下:为简化驱动器的结构与时序电路,设计了双通道信号驱动的互补型尺蠖驱动器,降低了驱动器的装配难度。通过将柔性机构的输出位移与寄生位移分别用于驱动器的驱动与箝位,有效实现了新型... 

【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 仿生尺蠖驱动技术研究现状
        1.2.2 压电式尺蠖驱动技术原理
        1.2.3 压电式尺蠖驱动器研究现状
    1.3 论文研究内容及结构
第2章 互补型尺蠖驱动器的结构设计与仿真分析
    2.1 引言
    2.2 互补型尺蠖驱动器整体结构
    2.3 互补型尺蠖驱动器的驱动原理
    2.4 互补柔性箝位机构设计
    2.5 尺蠖驱动器的有限元仿真分析
    2.6 本章小结
第3章 尺蠖驱动器的建模与分析
    3.1 引言
    3.2 柔性机构理论建模与分析
        3.2.1 桥式机构的静力学建模
        3.2.2 杠杆机构的静力学建模
        3.2.3 柔性机构有限元分析与验证
    3.3 箝位预紧位移建模与分析
    3.4 箝位力建模
    3.5 驱动器步长建模
    3.6 本章小结
第4章 基于时序信号的变步长与变承载力建模
    4.1 引言
    4.2 基于时序信号的变步长与变承载力原理分析
        4.2.1 输入信号分析
        4.2.2 变步长与变承载力原理分析
    4.3 基于时序信号的变步长建模
    4.4 基于时序信号的变承载力建模
    4.5 本章小结
第5章 尺蠖驱动器实验系统和性能测试
    5.1 引言
    5.2 尺蠖驱动器实验系统
    5.3 尺蠖驱动器的基本性能测试
        5.3.1 箝位机构性能测试
        5.3.2 电压输出特性
        5.3.3 频率输出特性
        5.3.4 箝位力与负载能力输出特性
    5.4 基于时序信号的尺蠖驱动器性能测试
        5.4.1 变步长运动测试
        5.4.2 分辨率测试与比较
        5.4.3 变速驱动测试
        5.4.4 变箝位力与变负载能力测试
    5.5 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的科研成果及奖励
致谢
学位论文评阅及答辩情况表


【参考文献】：
期刊论文
[1]尺蠖式直线微驱动器的设计[J]. 胡俊峰,杨展宏.  光学精密工程. 2018(01)
[2]基于桥式放大机构的柔顺微定位平台的研究[J]. 杜志元,闫鹏.  机器人. 2016(02)
[3]深切口椭圆柔性铰链优化设计[J]. 卢倩,黄卫清,王寅,孙梦馨.  光学精密工程. 2015(01)
[4]杠杆式尺蠖压电直线驱动器[J]. 马立,肖金涛,周莎莎,孙立宁.  光学精密工程. 2015(01)
[5]面向显微操作的混合驱动式微小型机器人的开发与应用[J]. 张勤,杜启亮,吴志斌,青山尚之.  机器人. 2012(06)
[6]行走式尺蠖压电直线驱动器研究现状及关键技术综述[J]. 马立,周莎莎,王坤.  微电机. 2012(07)
[7]应用惯性冲击原理的非对称夹持式压电旋转驱动器的设计[J]. 李晓韬,程光明,杨志刚,马希里,曾平.  光学精密工程. 2010(01)
[8]尺蠖型压电驱动器的闭环控制[J]. 赵宏伟,杨志刚,范尊强,张志宇,吴博达,程光明.  光学精密工程. 2008(09)
[9]大行程纳米级步距压电电动机[J]. 赵美蓉,温丽梅,林玉池,张玉祥.  机械工程学报. 2004(08)

博士论文
[1]步进式压电驱动基础理论与试验研究[D]. 李建平.吉林大学 2016



本文编号：3155781