本文關(guān)鍵詞：基于粘滑驅(qū)動(dòng)原理的跨尺度納米級(jí)定位平臺(tái)研究

  更多相關(guān)文章： 跨尺度 微驅(qū)動(dòng) 粘滑驅(qū)動(dòng) 納米級(jí)定位

【摘要】：微納技術(shù)的出現(xiàn)解決了許多工業(yè)和科學(xué)領(lǐng)域中存在的難題,給社會(huì)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。隨著其不斷的發(fā)展,微納技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于新材料制造、精密儀器設(shè)備制造、生物醫(yī)學(xué)和航空航天等領(lǐng)域中。微驅(qū)動(dòng)精密定位技術(shù)作為微納技術(shù)的關(guān)鍵部分,其發(fā)展水平嚴(yán)重影響了微納技術(shù)的發(fā)展。傳統(tǒng)的微驅(qū)動(dòng)精密定位技術(shù)中能夠獲得較高精度的位移,但是運(yùn)動(dòng)范圍較小。當(dāng)應(yīng)用傳統(tǒng)的微驅(qū)動(dòng)精密定位技術(shù)獲得較大行程時(shí),其設(shè)備尺寸往往較大。然而,隨著微納技術(shù)的不斷發(fā)展,被操作對(duì)象的尺寸越來越小,自動(dòng)化要求越來越高,這需要借助電子掃描顯微鏡(SEM)等工具對(duì)被操作對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)的觀察,從而達(dá)到自動(dòng)化精確操作。但由于電子掃描顯微鏡(SEM)真空腔體積較小,傳統(tǒng)的微驅(qū)動(dòng)精密定位技術(shù)因?yàn)槌叽鐔栴}無法應(yīng)用于該設(shè)備中。因此具有納米級(jí)精度,毫米級(jí)行程,尺寸較小的新型微驅(qū)動(dòng)定位技術(shù)已經(jīng)成為微納技術(shù)中急需解決的問題。這對(duì)精密定位技術(shù)的運(yùn)動(dòng)方法和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)和要求。本文就是在這種背景下,提出了一種新型的跨尺度微驅(qū)動(dòng)精密定位技術(shù)—粘滑驅(qū)動(dòng)技術(shù),并對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析與研究。在江蘇省杰出青年基金“基于SEM跨尺度納米操作機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)理及自動(dòng)化操作方法研究”(項(xiàng)目編號(hào)為BK2012005)資助下,本文針對(duì)現(xiàn)有的跨尺度精密定位技術(shù)方法及各自的優(yōu)缺點(diǎn),提出了基于粘滑驅(qū)動(dòng)原理跨尺度納米級(jí)定位平臺(tái)設(shè)計(jì)方案。本文分別從粘滑驅(qū)動(dòng)定位平臺(tái)的設(shè)計(jì),粘滑驅(qū)動(dòng)定位平臺(tái)的通用一體化動(dòng)力學(xué)模型的建立和分析,以及樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)等方面進(jìn)行深入研究。在定位平臺(tái)設(shè)計(jì)方面,為了使定位平臺(tái)能夠同時(shí)滿足納米級(jí)精度,毫米級(jí)行程,尺寸較小的要求,本文采用了粘滑驅(qū)動(dòng)原理來設(shè)計(jì)定位平臺(tái)。定位平臺(tái)采用壓電陶瓷致動(dòng)器作為驅(qū)動(dòng)元件,采用平行板柔性鉸鏈作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)位移的傳遞。為了使設(shè)計(jì)的粘滑驅(qū)動(dòng)定位平臺(tái)能夠分別實(shí)現(xiàn)水平和垂直方向上的運(yùn)動(dòng),設(shè)計(jì)了摩擦力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。此外,摩擦力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可用于提高定位平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)性能。在粘滑驅(qū)動(dòng)定位平臺(tái)動(dòng)力學(xué)模型的建立方面,分別對(duì)驅(qū)動(dòng)元件建立電學(xué)模型和機(jī)械模型,并對(duì)驅(qū)動(dòng)元件,柔性機(jī)構(gòu)建立驅(qū)傳動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型,并結(jié)合LuGre摩擦模型,建立適用于定位平臺(tái)在水平方向上運(yùn)動(dòng)和垂直方向上運(yùn)動(dòng)的通用一體化動(dòng)力學(xué)模型。在對(duì)粘滑驅(qū)動(dòng)定位平臺(tái)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真方面,分別對(duì)水平運(yùn)動(dòng)的粘滑驅(qū)動(dòng)定位平臺(tái)和垂直運(yùn)動(dòng)的粘滑驅(qū)動(dòng)定位平臺(tái)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真,分析平臺(tái)水平和垂直運(yùn)動(dòng)時(shí),各個(gè)參數(shù)對(duì)定位平臺(tái)的性能的影響。同時(shí)分析定位平臺(tái)實(shí)現(xiàn)垂直方向的往返運(yùn)動(dòng)時(shí)所需要滿足的條件�；谏鲜龇抡娼Y(jié)果,對(duì)粘滑驅(qū)動(dòng)定位平臺(tái)進(jìn)行最終結(jié)構(gòu)優(yōu)化,并對(duì)傳統(tǒng)的鋸齒波進(jìn)行改進(jìn),提升定位平臺(tái)的性能。在粘滑驅(qū)動(dòng)定位平臺(tái)樣機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)方面,根據(jù)粘滑驅(qū)動(dòng)定位平臺(tái)的特點(diǎn),搭建了合適的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。根據(jù)上述仿真得到的最佳方案,加工出兩種新型的定位平臺(tái)樣機(jī)。對(duì)定位平臺(tái)在水平方向運(yùn)動(dòng)和垂直方向運(yùn)動(dòng)的性能進(jìn)行測(cè)量,得到定位平臺(tái)的速度與位移曲線以及分辨率等參數(shù)。其次,對(duì)所加工的定位平臺(tái)性能影響因素進(jìn)行測(cè)驗(yàn),驗(yàn)證粘滑驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一體化動(dòng)力學(xué)模型正確性。同時(shí),設(shè)計(jì)了合理的驅(qū)動(dòng)信號(hào)用于提高粘滑驅(qū)動(dòng)定位平臺(tái)的性能。
【關(guān)鍵詞】：跨尺度 微驅(qū)動(dòng) 粘滑驅(qū)動(dòng) 納米級(jí)定位
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH703
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-22
• 1.1 課題來源11
• 1.2 課題背景及意義11-12
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-19
• 1.3.1 跨尺度納米定位技術(shù)研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3.2 基于粘滑驅(qū)動(dòng)原理微納定位平臺(tái)研究現(xiàn)狀15-19
• 1.4 研究現(xiàn)狀分析19-20
• 1.5 研究內(nèi)容及目標(biāo)20-22
• 第二章 粘滑驅(qū)動(dòng)定位平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)22-36
• 2.1 引言22
• 2.2 致動(dòng)器的選擇22-24
• 2.3 柔性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇24-25
• 2.4 單自由度定位平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)25-28
• 2.4.1 上部預(yù)緊式粘滑驅(qū)動(dòng)定位平臺(tái)設(shè)計(jì)26-27
• 2.4.2 基于柔性鉸鏈的可調(diào)預(yù)緊式粘滑驅(qū)動(dòng)定位平臺(tái)設(shè)計(jì)27-28
• 2.5 柔性鉸鏈的計(jì)算與分析28-35
• 2.5.1 柔性鉸鏈剛度的計(jì)算29-31
• 2.5.2 柔性鉸鏈的尺寸選擇31-35
• 2.6 本章小結(jié)35-36
• 第三章 粘滑驅(qū)動(dòng)定位平臺(tái)動(dòng)力學(xué)分析36-49
• 3.1 引言36
• 3.2 摩擦模型研究36-41
• 3.2.1 靜態(tài)摩擦模型36-38
• 3.2.2 動(dòng)摩擦模型38-41
• 3.3 單自由度定位平臺(tái)系統(tǒng)建模41-47
• 3.3.1 壓電陶瓷致動(dòng)器模型41-43
• 3.3.2 微動(dòng)定位平臺(tái)驅(qū)傳動(dòng)模型43-45
• 3.3.3 粘滑驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型45-46
• 3.3.4 基于粘滑驅(qū)動(dòng)定位平臺(tái)系統(tǒng)通用一體化模型46-47
• 3.4 本章小結(jié)47-49
• 第四章 粘滑驅(qū)動(dòng)定位平臺(tái)的仿真分析49-68
• 4.1 引言49
• 4.2 粘滑驅(qū)動(dòng)定位平臺(tái)的仿真分析49-52
• 4.3 水平定位平臺(tái)影響因素分析52-59
• 4.3.1 負(fù)載影響52-53
• 4.3.2 慣性質(zhì)量塊與柔性鉸鏈總質(zhì)量影響53-54
• 4.3.3 驅(qū)動(dòng)信號(hào)的影響54-59
• 4.4 垂直定位平臺(tái)影響因素分析59-66
• 4.4.1 摩擦力的影響62-63
• 4.4.2 滑塊質(zhì)量的影響63-64
• 4.4.3 驅(qū)動(dòng)信號(hào)影響64-66
• 4.5 粘滑驅(qū)動(dòng)定位平臺(tái)系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化66-67
• 4.6 本章小結(jié)67-68
• 第五章 粘滑驅(qū)動(dòng)定位平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)研究68-85
• 5.1 引言68
• 5.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的搭建68-69
• 5.3 驅(qū)動(dòng)信號(hào)設(shè)計(jì)69-70
• 5.4 單自由度定位平臺(tái)性能初步測(cè)試70-83
• 5.4.1 水平運(yùn)動(dòng)定位平臺(tái)的性能測(cè)試70-78
• 5.4.2 垂直運(yùn)動(dòng)定位平臺(tái)的性能測(cè)試78-83
• 5.5 三自由度定位平臺(tái)搭建83-84
• 5.6 本章小結(jié)84-85
• 第六章 總結(jié)與展望85-87
• 6.1 總結(jié)85-86
• 6.2 展望86-87
• 參考文獻(xiàn)87-92
• 攻讀學(xué)位期間本人出版或公開發(fā)表的論著、論文92-94
• 致謝94-95

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王家疇;李昕欣;孫立寧;;硅基集成式微型平面納米級(jí)定位平臺(tái)控制[J];儀表技術(shù)與傳感器;2009年S1期

2 盧清華;吳志偉;范彥斌;張憲民;;一種低成本微定位平臺(tái)的設(shè)計(jì)與仿真[J];中國機(jī)械工程;2013年05期

3 王家疇;榮偉彬;李昕欣;孫立寧;;基于體硅工藝的定位平臺(tái)制作工藝分析[J];光學(xué)精密工程;2008年04期

4 仉毅;馬樹元;張磊;;納米精密磁懸浮二維定位平臺(tái)的研究[J];微計(jì)算機(jī)信息;2010年01期

5 宮金良;張彥斐;胡光學(xué);;含折疊梁型移動(dòng)副的微定位平臺(tái)剛度研究[J];機(jī)械設(shè)計(jì);2012年08期

6 秦新燕;雷金;;磁懸浮定位平臺(tái)的研究綜述[J];機(jī)床與液壓;2012年21期

7 王家疇;榮偉彬;李昕欣;孫立寧;馬立;;基于體硅工藝的集成式定位平臺(tái)[J];光學(xué)精密工程;2009年02期

8 陳立國;張洋;陳濤;榮偉彬;孫立寧;;多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)在納米定位平臺(tái)中的應(yīng)用[J];壓電與聲光;2011年02期

9 江濤;朱大昌;;空間三平移柔順并聯(lián)超精密定位平臺(tái)設(shè)計(jì)與分析[J];煤礦機(jī)械;2011年10期

10 洪始良;張憲民;王華;;一維精密轉(zhuǎn)動(dòng)定位平臺(tái)的分析與設(shè)計(jì)[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與研究;2008年02期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 陳美勇;周昌翰;郭智瑋;;適應(yīng)順滑模型控制器于高精度定位平臺(tái)之應(yīng)用[A];第二十七屆中國控制會(huì)議論文集[C];2008年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 通訊員 楊立洋 李曉林;新疆移動(dòng)建成手機(jī)報(bào)警定位平臺(tái)[N];新疆日?qǐng)?bào)(漢);2009年

2 記者 孫振剛　楊立洋;110報(bào)警迅速鎖定案發(fā)位置[N];人民郵電;2009年

3 記者 吳亞東;手機(jī)報(bào)警能準(zhǔn)確定位[N];法制日?qǐng)?bào);2009年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 謝虎;夾層結(jié)構(gòu)磁懸浮納米定位平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制方法研究[D];北京理工大學(xué);2015年

2 周振雄;多自由度精密磁懸浮定位平臺(tái)的設(shè)計(jì)與研究[D];長春理工大學(xué);2012年

3 李志鑫;超精密氣浮定位平臺(tái)動(dòng)力學(xué)特性優(yōu)化研究[D];華中科技大學(xué);2008年

4 權(quán)建洲;高速工況下H型桁架定位平臺(tái)的建模與同步控制[D];華中科技大學(xué);2010年

5 張桂林;壓電定位平臺(tái)的建模與控制方法研究[D];山東大學(xué);2013年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 郭明陸;壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的微納定位平臺(tái)系統(tǒng)研究[D];東北大學(xué);2014年

2 吳春婷;壓電陶瓷微定位平臺(tái)的遲滯補(bǔ)償控制方法研究[D];吉林大學(xué);2016年

3 曾穎;119手機(jī)報(bào)警定位平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];福州大學(xué);2013年

4 潘鵬;基于粘滑驅(qū)動(dòng)原理的跨尺度納米級(jí)定位平臺(tái)研究[D];蘇州大學(xué);2016年

5 孫玉瓊;面向壓電驅(qū)動(dòng)納米定位平臺(tái)的自抗擾運(yùn)動(dòng)控制[D];山東大學(xué);2016年

6 杜志元;橋式柔順微定位平臺(tái)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化與實(shí)驗(yàn)研究[D];山東大學(xué);2016年

7 須曉鋒;平面并聯(lián)定位平臺(tái)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];中國礦業(yè)大學(xué);2016年

8 張興文;宏/微定位平臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

9 賀瑤;微納定位平臺(tái)的遲滯非線性建模與控制技術(shù)[D];浙江大學(xué);2013年

10 鄭歡瑩;納米級(jí)微定位平臺(tái)的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究[D];天津大學(xué);2012年

，

本文編號(hào)：1051924