現(xiàn)如今,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,微觀領(lǐng)域逐漸獲得了人們的廣泛關(guān)注,在航空航天領(lǐng)域、超精密機(jī)床、微小機(jī)器人、MEMS等前沿技術(shù)領(lǐng)域,微納米驅(qū)動(dòng)與定位成為了重中之重。但是,現(xiàn)有的傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置無法跟上前沿科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展,面對(duì)前沿科學(xué)的快速發(fā)展,壓電精密驅(qū)動(dòng)技術(shù)與仿生驅(qū)動(dòng)技術(shù)孕育而生。其中摩擦慣性驅(qū)動(dòng)器和尺蠖型驅(qū)動(dòng)器因?yàn)槠湫谐檀?機(jī)構(gòu)緊湊,精度高等優(yōu)點(diǎn)得到了顯著發(fā)展,并應(yīng)用于前沿科學(xué)中去。因此,設(shè)計(jì)一款精度高、大行程且驅(qū)動(dòng)力大的驅(qū)動(dòng)器則顯得尤為重要。摩擦慣性驅(qū)動(dòng)器與尺蠖型驅(qū)動(dòng)器可以克服驅(qū)動(dòng)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(dòng)力小,自由度單一等問題,故本文在分析了國(guó)內(nèi)外眾多驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)后,綜合了步進(jìn)式驅(qū)動(dòng)原理與柔性鉸鏈等相關(guān)知識(shí),提出了慣性摩擦與尺蠖驅(qū)動(dòng)雙結(jié)合的方式,利用了壓電疊堆與柔性鉸鏈放大機(jī)構(gòu),通過對(duì)驅(qū)動(dòng)單元與鉗位單元的控制,實(shí)現(xiàn)了直線與旋轉(zhuǎn)雙自由度的運(yùn)動(dòng)方式。于此同時(shí),在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材下,設(shè)計(jì)了一款多自由度的壓電驅(qū)動(dòng)器,并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真與模態(tài)分析,確保了驅(qū)動(dòng)器的可行性與實(shí)用性。此外,搭建了以此驅(qū)動(dòng)器為核心的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),主要包括了軟件硬件部分,并完成所設(shè)計(jì)壓... 

【文章來源】：吉林大學(xué)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(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

精密驅(qū)動(dòng)裝置的應(yīng)用

吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1.3南航研究的超聲電機(jī)1.2.2直驅(qū)式壓電驅(qū)動(dòng)器直驅(qū)式壓電驅(qū)動(dòng)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(jī)構(gòu)對(duì)位移進(jìn)行放大和縮小，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)精密的驅(qū)動(dòng)與控制。由于采用柔性鉸鏈與壓電疊堆共同作用，故直動(dòng)式壓電驅(qū)動(dòng)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)力大、利于控制等優(yōu)點(diǎn)[22-24]。目前此技術(shù)十分成熟，上世紀(jì)，美國(guó)、德國(guó)、日本、英國(guó)等國(guó)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(yùn)動(dòng)形式的驅(qū)動(dòng)器[25-27]。國(guó)內(nèi)吉林大學(xué)與哈工大博實(shí)公司也在這之后展開了對(duì)直線驅(qū)動(dòng)器的研究，上海交通大學(xué)的Lei-JieLai,Guo-YingGu,andLi-MinZhu[28]等人，對(duì)直動(dòng)式驅(qū)動(dòng)器展開了理論與實(shí)驗(yàn)研究，取得了較好的進(jìn)展，圖1.4為激光位移測(cè)量下的驅(qū)動(dòng)器。其利用了柔性鉸鏈直接放大壓電材料的小位移，測(cè)試其最大的位移為67.66μm，可實(shí)現(xiàn)對(duì)位移平臺(tái)的精密驅(qū)動(dòng)。

第1章緒論7電材料設(shè)計(jì)一款多自由度微操作機(jī)器人手臂[33]，如圖1.8，該設(shè)備利用由沖擊力驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)機(jī)制來移動(dòng)目標(biāo)對(duì)象。機(jī)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(dòng)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以行進(jìn)很長(zhǎng)的距離運(yùn)動(dòng)通過改變精密裝卸平臺(tái)的物件，就可以實(shí)現(xiàn)多種幾何形狀進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其最大速度為5mm/s，最大驅(qū)動(dòng)力為13N，定位分辨率為0.1μm。并且此驅(qū)動(dòng)器由多個(gè)模塊組成，可以實(shí)現(xiàn)多種幾何配置，例如線性定位設(shè)備，三自由度設(shè)備等。精密裝卸平臺(tái)機(jī)械手主體皮帶輸送機(jī)零件存放區(qū)圖1.8東京大學(xué)YutakaYamagata設(shè)計(jì)的微型機(jī)器手臂2009年，德國(guó)F.Claeyssen等人方明了一款基于摩擦慣性式拉桿機(jī)構(gòu)，如圖1.9（a），該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，通過連接桿和位移放大器將疊堆產(chǎn)生的位移進(jìn)行輸出，其直線分辨率可達(dá)5.5nm，最高速度可達(dá)20mm/s，可滿足于需要精密操控與微小空間要求的結(jié)構(gòu)中[34]。加拿大B.Drevniok等人設(shè)計(jì)的基于粘滑特性的壓電驅(qū)動(dòng)器，如圖1.9（b）作者通過電機(jī)來垂直移動(dòng)三個(gè)被剪切極壓電板夾住的軸，軸的一側(cè)由彈簧固定，可手動(dòng)調(diào)節(jié)夾緊力。他還在機(jī)構(gòu)中采取設(shè)置位移傳感器用于測(cè)試電動(dòng)機(jī)的性能，并確定最小電壓極限，理想彈力和最大可移動(dòng)質(zhì)量。經(jīng)過1500次最大峰值電壓70V的信號(hào)周期下，測(cè)得在克服重力下其平均步長(zhǎng)為74±2nm，在有重力影響下其平均步長(zhǎng)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(chǎng)和極低的溫度下操作掃描探針?biāo)鶐淼募夹g(shù)挑戰(zhàn)，滿足于掃描探針顯微鏡的要求[35]。

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