【摘要】：微操作平臺在生物工程、微機械制造、航空航天等領(lǐng)域具有廣闊的應用。隨著科技的發(fā)展,對微操作平臺提出了新的性能要求。在某些應用領(lǐng)域,要求平臺具有多行程、多分變率的性能。為了平臺滿足多行程、多分辨率的要求,本文提出了三種變剛度平臺設(shè)計思路,主要內(nèi)容如下:為了滿足微操作平臺結(jié)構(gòu)緊湊、大運動行程、高固有頻率、運動解耦和高運動精度的要求,設(shè)計了一種以杠桿柔性機構(gòu)進行位移放大,以雙復合平行四桿柔性機構(gòu)為導向機構(gòu)的新型二維微操作平臺。采用偽剛體法和虛功原理建立反映平臺靜剛度、位移放大率和固有頻率的力學模型。制作樣機并搭建了實驗測試系統(tǒng)對平臺性能進行測試,實驗結(jié)果表明,平臺位移放大率可達4.5倍,剛度為5.79 N/μm,固有頻率為580 Hz,反映平臺沿x和y方向的耦合度的指標分別1.3‰和1.2‰,沿x和y軸方向的重復定位精度分別為0.68μm和0.72μm。所以,所設(shè)計的平臺實現(xiàn)了設(shè)計目標。針對目前微操作平臺位移傳感的集成問題,提出了將電阻式應變片集成于微操作平臺結(jié)構(gòu)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)-傳感一體化設(shè)計。以驅(qū)動方向應變傳感單元的應變最大、耦合方向應變單元的應變最小為優(yōu)化目標,對應變傳感單元尺寸進行優(yōu)化設(shè)計。采用最小二乘法標定微操作平臺輸出位移與位移傳感單元應變之間的關(guān)系。擬合結(jié)果得出微操作平臺的輸出位移與應變單元的應變關(guān)系為一階多項式,通過該關(guān)系式可實現(xiàn)對微操作平臺位移的檢測,所提出的思路為微操作平臺集成位移的設(shè)計提供一種新思路。為了設(shè)計多級可變剛度微操作平臺,提出了一種串聯(lián)式變剛度平臺設(shè)計思路。通過剛性構(gòu)件和柔性構(gòu)件交互串聯(lián)的方式構(gòu)成變剛度微操作平臺,當平臺運動某一行程后,剛性構(gòu)件之間相互接觸,使其連接于兩剛性構(gòu)件之間的柔性構(gòu)件失去作用,串聯(lián)的柔性構(gòu)件減少,平臺的剛度增加,則達到了變剛度效果。基于該思路推導出一般情況下串聯(lián)式多級可變剛度平臺各柔性構(gòu)件的剛度、各剛性構(gòu)件之間的間隙應滿足的條件,得出了多級串聯(lián)式變剛度平臺的設(shè)計原理。推導出了平臺剛度與各柔性構(gòu)件剛度之間的關(guān)系、各級行程與各柔性構(gòu)件剛度和間隙之間的關(guān)系,為設(shè)計多級串聯(lián)式變剛度微操作平臺提供了理論基礎(chǔ)。根據(jù)變剛度原理,設(shè)計了二級變剛度和三級變剛度微操作平臺,制作樣機進行實驗驗證分析,實驗結(jié)果說明所設(shè)計平臺的可行性。為了設(shè)計多級可變剛度微操作平臺,提出了兩種并聯(lián)式變剛度設(shè)計思路。平臺的設(shè)計思路為當微操作平臺運動某一行程后,剛性構(gòu)件之間相互接觸,使其連接于剛性構(gòu)件的柔性構(gòu)件同時起作用,并聯(lián)的柔性構(gòu)件增加,平臺的剛度增加,則達到了變剛度效果�；谠撍悸吠茖С鲆话闱闆r下并聯(lián)式多級可變剛度微操作平臺剛度與各柔性構(gòu)件的剛度之間的關(guān)系、微操作平臺各級行程與間隙之間的關(guān)系,得出了并聯(lián)式多級變剛度平臺的設(shè)計原理,為設(shè)計多級變剛度微操作平臺提供了理論基礎(chǔ)。根據(jù)變剛度原理,設(shè)計了二級變剛度和三級變剛度微操作平臺,制作樣機進行實驗驗證分析,實驗結(jié)果說明所設(shè)計平臺的可行性。為了滿足多維微操作平臺變剛度、行程大、運動解耦的設(shè)計要求,基于縱向并聯(lián)式變剛度設(shè)計原理,設(shè)計了一種以復合導向梁為導向機構(gòu)的新型二維變剛度微操作平臺。建立復合導向梁的力學模型,基于該模型推導出微操作平臺各級剛度。加工平臺樣機,對微操作平臺的剛度特性和解耦性進行實驗測試,實驗結(jié)果表明二維平臺可以實現(xiàn)變剛度的設(shè)計需求且具有良好的解耦性能。
【學位授予單位】：江西理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH122
【圖文】：

第一章 緒論2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.1 微操作平臺的設(shè)計微操作平臺應用最早是在生物工程，主要是為了完成對細胞的操作，隨著科技以及對柔順機構(gòu)研究的深入，柔順機構(gòu)在微操作平臺設(shè)計中的運用越來越多[22-23年，國內(nèi)外學者對微操作平臺進行了較多的研究，也取得了許多研究成果，下面度分類介紹一下比較具有代表性的微操作平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計。單自由度微操作平臺

第一章 緒論2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.1 微操作平臺的設(shè)計微操作平臺應用最早是在生物工程，主要是為了完成對細胞的操作，隨著科技以及對柔順機構(gòu)研究的深入，柔順機構(gòu)在微操作平臺設(shè)計中的運用越來越多[22-23年，國內(nèi)外學者對微操作平臺進行了較多的研究，也取得了許多研究成果，下面度分類介紹一下比較具有代表性的微操作平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計。單自由度微操作平臺

圖 1-3 陳偉海設(shè)計的 2 自由度微操作平臺大衛(wèi)設(shè)計的二自由度微操作平臺 圖 1-5 Yangmin Li 津理工大學的田延嶺和張大衛(wèi)等[27]人采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)示，該平臺采用壓電陶瓷驅(qū)動，其材料采用 65 Mn保證運動精度。所設(shè)計的平臺外形尺寸為300 mm ，該機構(gòu)的優(yōu)點為定位精度高，解耦性好，缺點是

【參考文獻】

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1 胡俊峰;楊展宏;徐貴陽;;基于響應面法的微操作平臺可靠性穩(wěn)健設(shè)計[J];振動與沖擊;2017年15期

2 付小月;王偉;王雷;魏洪興;

本文編號：2773195