【摘要】：近年來,隨著科學技術的發(fā)展,在微/納操作、精密光學、生物醫(yī)學、超精密加工制造、航空航天等諸多高尖端技術領域,微/納米級別的定位驅動技術對定位驅動系統(tǒng)的行程和精度有著越來越高的要求。截止目前,傳統(tǒng)的定位驅動裝置已經(jīng)無法滿足上述眾多領域對高精度定位驅動技術的迫切需求。面向這些需求,具有精密定位驅動功能的新型壓電驅動器應運而生,其中,以壓電元件優(yōu)良動態(tài)特性致動的慣性沖擊式和尺蠖式驅動器,在精密定位驅動領域發(fā)展得尤為突出。相較于傳統(tǒng)的驅動裝置,這些新型壓電驅動器往往因具有更緊湊的結構、更高的精度、更迅速的響應、更大的驅動力以及更大的運動行程,在上述諸多領域中得到廣泛的應用。然而,傳統(tǒng)的壓電陶瓷類驅動器主要為單自由度的機械式結構,輸出形式比較簡單,而且輸出位移較小,這嚴重限制了其自身在更多壓電驅動技術領域的應用。此外,對于一些傳統(tǒng)的壓電晶片型驅動器而言,往往因不能克服重力影響,而無法高效滿足豎直方向微/納米級別高輸出精度和高承載能力的要求。因此,設計一種結構緊湊、輸出力大、重復定位精度高,且能同時兼具直線運動和旋轉運動輸出的微小精密壓電驅動器是相當重要的。針對現(xiàn)有慣性沖擊式和尺蠖式驅動器分別主要因承載力小、輸出自由度單一的問題,本文提出了慣性沖擊原理、尺蠖驅動原理相結合的混合驅動方案,系統(tǒng)分析了各運動單元驅動原理及對應機械結構的動力學模型,仿真模擬了其工作狀態(tài)下的變形、應力分布各階及模態(tài)振型,并在此理論基礎上試制了驅動器原型樣機。此外,通過搭建試驗系統(tǒng)對所研制的驅動器進行運動輸出特性測試,測得其直線運動單元運動分辨率為2.15μm,最大步進位移可達8.62μm,最大承載為93 g;旋轉運動單元最小步進轉角為46.62μrad,最大步進轉角為761.22μrad,最高步進轉速可達6031.68μrad/s。試驗結果表明,本文提出的混合驅動式壓電多自由度驅動器,能夠滿足重力方向微/納米級別的高精度旋轉/直線輸出和高承載能力的要求,解決了目前壓電雙晶片型慣性沖擊式驅動器驅動力不足,構尺寸大、輸出自由度單一,承載能力小,在重力方向無法精密驅動而只能宏觀運動,且更換驅動機構進行精密運動時會造成宏/微切換產(chǎn)生絕對位移偏差等問題。本論文的研究工作對拓展壓電精密驅動技術的應用領域能夠起到一定的推動作用,在微/納操作、精密光學、超精密加工制造、航空航天等諸多高尖端技術領域有著廣闊的應用前景。
【圖文】：

吉林大學碩士學位論文下降沿的作用下①→②，，壓電元件迅速伸長，推動沖擊質量塊時，沖擊質量塊產(chǎn)生向左的慣性力大于地面摩擦力，推動主質個步長；當激勵電壓信號緩慢增長時②→③，壓電元件緩慢縮塊向左慢速運動。此時沖擊質量塊產(chǎn)生向右的慣性力小于地面相對地面保持不動，就整體而言，整個裝置向左移動一步。上述步驟，即可實現(xiàn)連續(xù)的單向位移。

第 1 章 緒論 1989 年日本東京大學 T. Higuchi 等人的課題組為代表的研究機構起步最究也最為系統(tǒng)。該課題組成員除了討論壓電元件的快速變形機理，還研發(fā)應用于微機器人手臂、自動裝配線、電火花加工的慣性摩擦式壓電驅動器[2后，東京大學的 Torii 等人于 1997 年利用壓電元件和電磁元件開發(fā)了多自性驅動機構，該驅動器的輸出平動速度達到 190 μm/s、轉動速度達到 9.5 m小平動位移為 190 μm，最小轉動位移為 0.1 mrad[25]。緊接著于 2003 年， A. Bergander 等人研制了可應用于顯微鏡微驅動定位平臺的慣性摩擦式動器。通過在壓電晶片上設置電極，在晶片和基板上安裝丘狀凸起，利用蠕動來達到推動動子運動的效果。該驅動器結構尺寸僅為 8×8×0.5 mm直徑 5.5 mm，可以獲得單步 280 nm 的高精度步距[26]。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM46

【參考文獻】

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本文編號：2632031