隨著納米科學技術(shù)的快速發(fā)展,科研工作者的研究方向越來越趨向微小領(lǐng)域,例如納米材料等研究方向。為研究微觀世界的材料屬性,測量其機械和電學性能,微納操作系統(tǒng)的開發(fā)越來越受到學術(shù)界的重視,且已取得顯著的研究成果,諸如:納米操作機、納米材料測試儀以及原子力顯微鏡等。此類微納操作系統(tǒng)常需借助掃描電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope,SEM）的視覺伺服反饋功能對納米材料進行操作與表征,這就對微納操作系統(tǒng)的體積和定位精度提出了新的挑戰(zhàn)。本文在此背景下提出了一種新型跨尺度精密定位平臺的設計方案,并對其中的關(guān)鍵技術(shù)進行了研究。本課題基于國內(nèi)外跨尺度粘滑驅(qū)動精密定位裝置設計的微納操作系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和粘滑驅(qū)動納米定位平臺的發(fā)展趨勢,針對應用此平臺開發(fā)的微納操作系統(tǒng)存在的問題,提出了雙壓電陶瓷驅(qū)動的跨尺度納米定位方法。結(jié)合摩擦學理論知識建立了定位平臺的數(shù)學方程和物理模型,最終研制出一種新型跨尺度精密定位平臺。本文從雙壓電陶瓷驅(qū)動系統(tǒng)的運動原理、動力學模型、結(jié)構(gòu)和驅(qū)動電源設計以及驗證實驗這四個方面進行了深入研究。（1）雙壓電陶瓷驅(qū)動原理的研究。通過對粘滑驅(qū)動原理的描述,分析粘滑驅(qū)... 

【文章來源】：蘇州大學江蘇省

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１?Ｐｏｈｌ等人研制的粘滑驅(qū)動定位裝置??

基于雙壓電陶瓷驅(qū)動原理的跨尺度定位平臺研宄?第一章緒論??＿??——???＾??Ｅ?＇?Ｔ?３??５?ｒ?７?￣１?４??Ｅ?６?３??圖１．１?Ｐｏｈｌ等人研制的粘滑驅(qū)動定位裝置??１９９０年，瑞士日內(nèi)瓦大學的Ｒｅｎｎｅｒ等一批學者在Ｐｏｈｌ開發(fā)的水平定位裝置??基礎(chǔ)上，設計了一款可在豎直方向運動的粘滑驅(qū)動定位平臺ｌ２Ｑｌ。此定位系統(tǒng)的結(jié)??構(gòu)主要由三個關(guān)鍵部件組成，分別為壓電四分管，導向支撐件，載物臺。壓電四??分管在電壓信號的作用下輸出驅(qū)動力驅(qū)動導軌產(chǎn)生位移，然后再通過導軌與載物??臺之間的動靜摩擦力產(chǎn)生的粘滑效應使定位平臺實現(xiàn)粘滑運動。該定位裝置在豎??直方向和水平方向均可運動，但由于尺寸較大無法應用于ＳＥＭ中。??為了擴展定位裝置的自由度，１９９５年，瑞士聯(lián)邦理工大學機器人研究所的??Ｗｏｌｆｇａｎｇ?Ｚｅｓｃｈ團隊開發(fā)了一種基于粘滑驅(qū)動原理的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置％，如圖１．２??所示。由圖可知，該驅(qū)動裝置的組成部件主要有基體、轉(zhuǎn)子、紅寶石以及壓電元??件。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，整體尺寸為ｌｌｍｍ＞＜８ｍｍ＞＜８ｍｍ，分辨率可達Ｏ．ｌｐｒａｄ。壓電??元件在鋸齒波電壓信號的作用下，發(fā)生剪切變形。當驅(qū)動電壓逐漸增大時，轉(zhuǎn)子??緩慢轉(zhuǎn)動，當電壓快速減小時，轉(zhuǎn)子與基體保持相對靜止，這樣轉(zhuǎn)子在鋸齒波電??壓信號的連續(xù)作用下就實現(xiàn)了快速轉(zhuǎn)動。??柔賺Ｉ?：?礙??隱壓、？?ｎ?ｕ??ｌｉｙ?＾?？?＊?ｕ?ＺＺ７??圖１．２?Ｗｏｌｆｇａｎｇ?Ｚｅｓｃｈ團隊設計的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置??除了高校研究所外，國外也有一些科技公司對粘滑驅(qū)動圯位技術(shù)展開了研究。??并基于此定位技術(shù)研發(fā)出了多種型號的記位平臺，例如

第一章緒論?基于雙壓電陶瓷驅(qū)動原理的跨尺度定位平臺研究??如圖１．３所示。該定位裝置采用壓電疊堆作為驅(qū)動元件，以柔性鉸鏈和交叉滾子??導軌分別作為傳動機構(gòu)和導向支撐機構(gòu)，整體尺寸為２２ｘ１７ｘ８?＿３。受導軌運動??范圍的限制，其最大運動行程僅為１６ｍｍ，最小運動分辨率可達ｌｎｍ，最小運動??步長為５０ｎｍ，水平方向最大運動速度可達１７ｍｍ／ｓ，最大負載能力為２０Ｎ且最??大驅(qū)動力為１．５Ｎ。??圖１．３德國ＳｍａｒＡｃｔ公司開發(fā)的精密定位平臺??德國的另外一家高科技公司Ａｔｔｏｃｕｂｅ也開發(fā)出了多款類似的粘滑驅(qū)動精密??定位平臺，包括水平運動方向的ＡＮＰｘｌＯｌ型定位平臺和豎直運動方向的??ＡＮＰｚｌＯｌ型定位平臺１２３＿２４］，分別如圖１．４?（ａ）和１．４?（ｂ）所示。ＡＮＰｘｌＯｌ型水??平定位平臺尺寸為２４ｘ２４ｘ１１?ｍｍ３，運動行程范圍為０－５ｍｍ，最大運動速度為??３ｍｍ／ｓ，掃描模式分辨率為ｌｎｍ，步進模式最小步長為ｌＯｎｍ，可承載重物最大??范圍為ＩＮ。ＡＮＰｚｌＯｌ型豎直定位平臺尺寸為２４ｘ２４ｘ２０?ｍｍ３，行程為５ｍｍ，最??大運動速度為３ｍｍ／ｓ，最小運動分辨率為ｌｎｍ，步進模式最小運動步長為１０ｎｍ，??可承載重物最大范圍為２Ｎ。??－－?＾??—逃，，??（ａ）?ＡＮＰｘｌＯｌ?型?（ｂ）?ＡＮＰｚｌＯｌ?型??圖１．４?Ａｔｔｏｃｕｂｅ公司開發(fā)的粘滑驅(qū)動定位平臺??與國外相比，國內(nèi)對粘滑驅(qū)動納米定位技術(shù)的研宄起步較晚，粘滑驅(qū)動精密??定位平臺的種類相比也較少。??４??

【參考文獻】：
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博士論文
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碩士論文
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[2]基于粘滑驅(qū)動原理的跨尺度納米級定位平臺研究[D]. 潘鵬.蘇州大學 2016
[3]新型慣性壓電疊堆驅(qū)動機構(gòu)的研究[D]. 溫建明.吉林大學 2006



本文編號：3086070