現(xiàn)如今,隨著科學技術的發(fā)展,微觀領域逐漸獲得了人們的廣泛關注,在航空航天領域、超精密機床、微小機器人、MEMS等前沿技術領域,微納米驅(qū)動與定位成為了重中之重。但是,現(xiàn)有的傳統(tǒng)的驅(qū)動裝置無法跟上前沿科學領域的發(fā)展,面對前沿科學的快速發(fā)展,壓電精密驅(qū)動技術與仿生驅(qū)動技術孕育而生。其中摩擦慣性驅(qū)動器和尺蠖型驅(qū)動器因為其行程大,機構緊湊,精度高等優(yōu)點得到了顯著發(fā)展,并應用于前沿科學中去。因此,設計一款精度高、大行程且驅(qū)動力大的驅(qū)動器則顯得尤為重要。摩擦慣性驅(qū)動器與尺蠖型驅(qū)動器可以克服驅(qū)動器行程小、低分辨率等問題,故近年來得到了廣泛的發(fā)展。但是卻有驅(qū)動力小,自由度單一等問題,故本文在分析了國內(nèi)外眾多驅(qū)動器的優(yōu)點與缺點后,綜合了步進式驅(qū)動原理與柔性鉸鏈等相關知識,提出了慣性摩擦與尺蠖驅(qū)動雙結合的方式,利用了壓電疊堆與柔性鉸鏈放大機構,通過對驅(qū)動單元與鉗位單元的控制,實現(xiàn)了直線與旋轉雙自由度的運動方式。于此同時,在現(xiàn)有的實驗器材下,設計了一款多自由度的壓電驅(qū)動器,并對結構進行了仿真與模態(tài)分析,確保了驅(qū)動器的可行性與實用性。此外,搭建了以此驅(qū)動器為核心的實驗系統(tǒng),主要包括了軟件硬件部分,并完成所設計壓... 

【文章來源】：吉林大學吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：93 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

精密驅(qū)動裝置的應用

吉林大學碩士學位論文4圖1.3南航研究的超聲電機1.2.2直驅(qū)式壓電驅(qū)動器直驅(qū)式壓電驅(qū)動器的工作原理主要是直接利用壓電材料（壓電疊堆，壓電片等）產(chǎn)生位移，并通過柔性鉸鏈等機構對位移進行放大和縮小，進而實現(xiàn)精密的驅(qū)動與控制。由于采用柔性鉸鏈與壓電疊堆共同作用，故直動式壓電驅(qū)動器具有結構簡單、驅(qū)動力大、利于控制等優(yōu)點[22-24]。目前此技術十分成熟，上世紀，美國、德國、日本、英國等國家知名精密加工公司（TOKIN、DSM、Queensgate等公司）已經(jīng)展開了系統(tǒng)的研究，成功研制了多款運動形式的驅(qū)動器[25-27]。國內(nèi)吉林大學與哈工大博實公司也在這之后展開了對直線驅(qū)動器的研究，上海交通大學的Lei-JieLai,Guo-YingGu,andLi-MinZhu[28]等人，對直動式驅(qū)動器展開了理論與實驗研究，取得了較好的進展，圖1.4為激光位移測量下的驅(qū)動器。其利用了柔性鉸鏈直接放大壓電材料的小位移，測試其最大的位移為67.66μm，可實現(xiàn)對位移平臺的精密驅(qū)動。

第1章緒論7電材料設計一款多自由度微操作機器人手臂[33]，如圖1.8，該設備利用由沖擊力驅(qū)動的運動機制來移動目標對象。機械手的沖擊力可以使牢固地固定在基座上的物體免受靜摩擦的影響。由沖擊力驅(qū)動的運動機構可以行進很長的距離運動通過改變精密裝卸平臺的物件，就可以實現(xiàn)多種幾何形狀進行驅(qū)動，其最大速度為5mm/s，最大驅(qū)動力為13N，定位分辨率為0.1μm。并且此驅(qū)動器由多個模塊組成，可以實現(xiàn)多種幾何配置，例如線性定位設備，三自由度設備等。精密裝卸平臺機械手主體皮帶輸送機零件存放區(qū)圖1.8東京大學YutakaYamagata設計的微型機器手臂2009年，德國F.Claeyssen等人方明了一款基于摩擦慣性式拉桿機構，如圖1.9（a），該機構結構緊湊，通過連接桿和位移放大器將疊堆產(chǎn)生的位移進行輸出，其直線分辨率可達5.5nm，最高速度可達20mm/s，可滿足于需要精密操控與微小空間要求的結構中[34]。加拿大B.Drevniok等人設計的基于粘滑特性的壓電驅(qū)動器，如圖1.9（b）作者通過電機來垂直移動三個被剪切極壓電板夾住的軸，軸的一側由彈簧固定，可手動調(diào)節(jié)夾緊力。他還在機構中采取設置位移傳感器用于測試電動機的性能，并確定最小電壓極限，理想彈力和最大可移動質(zhì)量。經(jīng)過1500次最大峰值電壓70V的信號周期下，測得在克服重力下其平均步長為74±2nm，在有重力影響下其平均步長為97±4nm，由于壓電材料的優(yōu)良屬性已經(jīng)精密控制，解決了在極高的磁場和極低的溫度下操作掃描探針所帶來的技術挑戰(zhàn)，滿足于掃描探針顯微鏡的要求[35]。

【參考文獻】：
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本文編號：3268235