本文關鍵詞：大行程結構一體化二維微定位臺參數(shù)化設計及實驗，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著納米技術的不斷發(fā)展,微定位技術作為納米技術的關鍵技術之一,已成為國內(nèi)外關注的熱點。以壓電元件與全柔性機構相結合的微定位機構是目前常見的微定位設備。 本文從構型設計、運動學分析、靜力學分析、參數(shù)化有限元分析及實驗控制等方面,對一種大行程結構一體化二維微定位平臺(后面簡稱微定位臺)進行了較為細致和深入的研究。具體研究內(nèi)容和創(chuàng)新成果如下： (1)根據(jù)柔性機構的特點,采用微定位并聯(lián)機構構型理論,在構型的多功能微驅動接口模塊及二平動并聯(lián)機構的基礎上提出了一種新型兩自由度大行程微定位平臺。 (2)以剛度為設計目標,利用偽剛體模型法對微位移放大模塊的結構尺寸進行設計,并通過有限元分析對結構尺寸進行了修正。形成了一種以剛度為目標,理論剛度模型與有限元分析相結合的微動機構結構尺寸設計方法,該方法可明確各柔性單元對機構剛度的影響,為設計者進行結構尺寸優(yōu)化設計提供了一定的理論基礎。 (3)基于柔性單元的單元剛度矩陣及矩陣位移法提出了單元剛度矩陣法,應用單元剛度矩陣法全面考慮機構中各柔性單元的變形,對微定位臺進行了靜力學、運動學分析,建立了微定位臺剛度模型和運動學模型。 (4)結合VC和APDL兩者優(yōu)勢,對微定位臺參數(shù)化有限元分析方法進行了研究。編寫了微定位臺的APDL命令流文件,開發(fā)了人機信息交互界面,實現(xiàn)了微定位臺全參數(shù)化驅動的有限元分析。 (5)對壓電陶瓷驅動器的蠕變、遲滯特性進行研究,開發(fā)了壓電陶瓷特性測試程序。對微定位臺的工作空間、末端位移的變化曲線進行研究,開發(fā)了微定位臺的性能測試程序,并在此基礎上采用閉環(huán)控制方案設計開發(fā)了微定位臺的控制程序。 通過仿真和試驗,結果表明以剛度為目標的結構尺寸設計方法是可靠的,建立的微定位臺的剛度模型、運動學模型接近機構的實際情況,開發(fā)的閉環(huán)控制系統(tǒng)可實現(xiàn)微定位臺的精確定位。以上分析和研究為后續(xù)的結構尺寸優(yōu)化設計、動力學特性研究及控制系統(tǒng)完善提供了理論基礎。
【關鍵詞】：柔性并聯(lián)機構 柔度矩陣 雅可比矩陣 有限元 閉環(huán)控制
【學位授予單位】：山東理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TH703
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目錄7-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 微定位技術概述10
• 1.2 大行程微定位技術國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 單級驅動的大行程納米定位工作臺10-13
• 1.2.2 兩級驅動的大行程納米定位工作臺13-14
• 1.3 大行程微定位技術的發(fā)展趨勢展望14
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容14-16
• 第二章 微定位臺的方案設計16-23
• 2.1 引言16
• 2.2 并聯(lián)微定位機構16
• 2.3 新型微定位機構構型16-19
• 2.3.1 多功能微驅動接口模塊16-18
• 2.3.2 一種2-PPr型二平動并聯(lián)結構微定位平臺18-19
• 2.4 二平動微定位臺方案設計19-22
• 2.4.1 微定位臺機構描述19-21
• 2.4.2 微定位臺的單元機構劃分21-22
• 2.5 本章小結22-23
• 第三章 微定位臺中各單元機構的剛度模型23-42
• 3.1 引言23
• 3.2 柔性運動副的剛度模型23-27
• 3.2.1 彈性移動副的剛度模型23-24
• 3.2.2 柔性鉸鏈的剛度模型24-26
• 3.2.3 柔性梁單元的剛度模型26-27
• 3.3 柔性機構的剛度分析27-28
• 3.4 直圓柔性鉸鏈平行導向機構28-36
• 3.4.1 平行導向機構描述28-29
• 3.4.2 平行導向機構支鏈的柔度模型29-34
• 3.4.3 平行導向機構的剛度模型34-35
• 3.4.4 實例分析驗證35-36
• 3.5 彈性折疊梁的剛度建模36-41
• 3.5.1 彈性折疊梁的機構描述36-37
• 3.5.2 彈性折疊梁支鏈的柔度模型37-39
• 3.5.3 彈性折疊梁的剛度模型39-40
• 3.5.4 實例分析驗證40-41
• 3.6 本章小結41-42
• 第四章 以剛度為目標的結構尺寸設計42-51
• 4.1 引言42
• 4.2 微位移放大模塊的機構描述42-43
• 4.3 微位移放大模塊的設計計算43-48
• 4.3.1 微位移放大模塊設計指標43
• 4.3.2 微位移放大模塊的結構尺寸設計43-48
• 4.4 基于有限元分析的機構參數(shù)修正48-50
• 4.5 本章小結50-51
• 第五章 微定位臺靜力學及運動學分析51-63
• 5.1 引言51
• 5.2 微定位臺剛度模型的建立51-58
• 5.2.1 兩輸入支鏈的剛度模型52-56
• 5.2.2 建立微定位臺末端的剛度模型56-58
• 5.3 微定位臺運動學分析58-62
• 5.3.1 微定位臺輸入支鏈的運動學分析59-61
• 5.3.2 微定位臺位置正反解61-62
• 5.3.3 微定位臺的運動學模型62
• 5.4 本章小結62-63
• 第六章 微定位臺參數(shù)化建模及有限元分析63-70
• 6.1 引言63
• 6.2 全柔性機構性能的分析方法63
• 6.3 基于VC與APDL的微定位臺參數(shù)化設計63-68
• 6.3.1 微定位平臺的APDL參數(shù)化建模64-67
• 6.3.2 基于VC的微定位臺參數(shù)化分析67-68
• 6.4 微定位臺參數(shù)化有限元分析實例68-69
• 6.5 本章小結69-70
• 第七章 微定位臺實驗控制系統(tǒng)70-82
• 7.1 引言70
• 7.2 壓電陶瓷特性測試70-76
• 7.2.1 壓電陶瓷概述70
• 7.2.2 壓電陶瓷測試系統(tǒng)搭建70-71
• 7.2.3 蠕變特性測試71-73
• 7.2.4 遲滯特性測試73-76
• 7.3 微定位臺測試實驗系統(tǒng)76-78
• 7.3.1 微定位臺實驗系統(tǒng)搭建76
• 7.3.2 微定位臺測試系統(tǒng)界面76-77
• 7.3.3 微定位臺運動實驗測試結果77-78
• 7.4 微定位臺控制系統(tǒng)78-81
• 7.4.1 微定位臺閉環(huán)反饋控制方式78-80
• 7.4.2 微定位臺控制系統(tǒng)80-81
• 7.5 本章小結81-82
• 第八章 總結與展望82-84
• 8.1 總結82-83
• 8.2 展望83-84
• 致謝84-85
• 參考文獻85-90
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學術論文和參加的科研項目90

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉德忠,許意華,費仁元,宇惠平,王波;柔性鉸鏈放大器的設計與加工技術[J];北京工業(yè)大學學報;2001年02期

2 姜文銳;盧澤生;;一種大行程高精度微執(zhí)行器的研究[J];傳感技術學報;2006年05期

3 胡長德;趙美蓉;李詠強;高娟;朱砂;;大行程納米級壓電微動工作臺的設計與試驗研究[J];傳感技術學報;2009年06期

4 朱煜,尹文生,段廣洪;光刻機超精密工件臺研究[J];電子工業(yè)專用設備;2004年02期

5 劉曉波,沈予洪;基于APDL語言的參數(shù)化建模技術[J];電腦學習;2005年03期

6 吳鷹飛,周兆英;柔性鉸鏈的設計計算[J];工程力學;2002年06期

7 張景柱;徐誠;趙彥峻;;新型柔性鉸鏈的柔度計算[J];工程力學;2008年11期

8 羅兵,李圣怡,李艾利;超精密扭輪摩擦傳動動力學研究[J];國防科技大學學報;1998年03期

9 盧禮華;白清順;梁迎春;;納米定位技術的發(fā)展現(xiàn)狀[J];工具技術;2007年11期

10 畢樹生,宗光華,張體娟;并聯(lián)微操作機構的研究與應用[J];高技術通訊;2001年02期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 紀華偉;壓電陶瓷驅動的微位移工作臺建模與控制技術研究[D];浙江大學;2006年

2 盧禮華;基于滾珠絲杠的大行程納米定位系統(tǒng)建模和控制技術研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2007年

3 李欣欣;宏/微兩級驅動的大行程高精度二維定位平臺基礎技術研究[D];浙江大學;2008年

4 張曉峰;大行程超精密工作臺關鍵技術研究[D];天津大學;2008年

5 楊雪鋒;壓電式生物細胞微操作臺建模及控制策略研究[D];中國礦業(yè)大學;2009年

6 張棟;壓電工作臺微定位系統(tǒng)建模與控制技術[D];山東大學;2009年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王金剛;基于Visual C++與ANSYS的道岔群分析系統(tǒng)設計研究[D];中南大學;2010年

2 王軍超;運動解耦六自由度并聯(lián)微動機器人關鍵技術研究[D];燕山大學;2002年

3 楊立斌;納米級微定位平臺的設計及實驗研究[D];天津大學;2005年

4 王碩;3-RPR柔性并聯(lián)微位移機構的設計與分析[D];北京交通大學;2007年

5 劉書杰;外傾式鋼箱拱橋扣索吊裝拱肋線形控制[D];同濟大學;2008年

6 黃挺朋;壓電驅動微動定位平臺系統(tǒng)設計與開發(fā)[D];浙江大學;2008年

7 許輝焱;六自由度宏/微一體化并聯(lián)操作臺系統(tǒng)研究[D];上海交通大學;2009年

8 齊立民;基于大行程柔性鉸鏈的精密并聯(lián)機器人研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

9 程陶;基于直線電機的精密定位驅動技術研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

10 句彥儒;一種新型3-RRRRR并聯(lián)微動機構的設計與分析[D];燕山大學;2010年

  本文關鍵詞：大行程結構一體化二維微定位臺參數(shù)化設計及實驗，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：315537