發(fā)布時(shí)間：2017-05-06 07:44

  本文關(guān)鍵詞：平面三自由度柔順微定位平臺(tái)結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來(lái),隨著半導(dǎo)體集成技術(shù)、生物工程、計(jì)量科學(xué)技術(shù)、納米科學(xué)與技術(shù)等的不斷發(fā)展,系統(tǒng)和設(shè)備對(duì)精密定位技術(shù)的要求越來(lái)越高。本文在對(duì)現(xiàn)有柔順微定位平臺(tái)關(guān)鍵機(jī)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上,創(chuàng)新設(shè)計(jì)出了一種平面三自由度柔順微定位平臺(tái),該平臺(tái)采用了不同類型的柔性運(yùn)動(dòng)副,以壓電陶瓷為驅(qū)動(dòng)裝置,具有剛度大、分辨率高、能耗低和體積小等優(yōu)點(diǎn)。 本文從平臺(tái)的整體方案設(shè)計(jì)和各主要部件功能分析的角度,在微定位平臺(tái)的機(jī)構(gòu)自由度和運(yùn)動(dòng)輸出特性、柔性運(yùn)動(dòng)副的柔度計(jì)算、整體機(jī)構(gòu)的剛度分析及其樣機(jī)研究等方面對(duì)平面三自由度柔順微定位平臺(tái)進(jìn)行較為深入和細(xì)致的研究,其具體內(nèi)容如下： 對(duì)常用的能夠?qū)崿F(xiàn)單向平動(dòng)的三種柔順?biāo)臈U機(jī)構(gòu)的輸入輸出特性進(jìn)行了分析；探討了柔性鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副的切口輪廓和柔性移動(dòng)副的截面形狀對(duì)對(duì)稱四桿機(jī)構(gòu)輸出位移的影響；針對(duì)以上分析和探討提出了一種高效、低耦合的直線機(jī)構(gòu)—變截面對(duì)稱柔順?biāo)臈U機(jī)構(gòu)。 基于變截面對(duì)稱柔順?biāo)臈U機(jī)構(gòu)創(chuàng)新的提出了3-PRR柔順微定位平臺(tái),與目前常用的3-RRR平臺(tái)相比,它更適合壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)。介紹了平面三自由度柔順微定位平臺(tái)的工作原理及其各主要部分的功能特點(diǎn)；分析了微定位平臺(tái)的機(jī)構(gòu)自由度和運(yùn)動(dòng)輸出特性,利用偽剛體模型法和簡(jiǎn)化法得出了位移放大機(jī)構(gòu)和3-PRR機(jī)構(gòu)的正反解方程,在此基礎(chǔ)上得到整體機(jī)構(gòu)的輸入輸出位移方程,通過(guò)對(duì)其進(jìn)行直接微分得到整體機(jī)構(gòu)的雅克比矩陣。 利用卡氏第二定理得到了變截面對(duì)稱柔順?biāo)臈U機(jī)構(gòu)在其工作平面內(nèi)的柔度計(jì)算公式,分析了各方向柔度系數(shù)隨對(duì)稱四桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化規(guī)律；利用ANSYS軟件建立變截面對(duì)稱柔順?biāo)臈U機(jī)構(gòu)的有限元模型并進(jìn)行了仿真分析,通過(guò)對(duì)有限元分析數(shù)據(jù)、理論計(jì)算數(shù)據(jù)兩者進(jìn)行比較分析,驗(yàn)證了推導(dǎo)的計(jì)算公式具有較高的計(jì)算精度；利用功能轉(zhuǎn)化原理建立了機(jī)構(gòu)的整體剛度矩陣,得出了機(jī)構(gòu)輸出位移與輸入力之間的關(guān)系,通過(guò)ANSYS有限元仿真驗(yàn)證了剛度計(jì)算模型的正確性；給出了在平臺(tái)輸出轉(zhuǎn)角一定的條件下機(jī)構(gòu)的可達(dá)工作空間的形狀,并分析了機(jī)構(gòu)工作空間的面積與輸出轉(zhuǎn)角的關(guān)系。 基于以上分析和研究,建立了平臺(tái)的有限元模型,通過(guò)ANSYS仿真表明,仿真結(jié)果和計(jì)算結(jié)果十分吻合,計(jì)算公式正確,方案可行；最后在理論與仿真研究的基礎(chǔ)上加工出實(shí)物樣機(jī)。
【關(guān)鍵詞】：柔順微定位平臺(tái) 柔性鉸鏈 對(duì)稱四桿機(jī)構(gòu) 3-PRR機(jī)構(gòu) 工作空間 ANSYS軟件
【學(xué)位授予單位】：山東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TH703
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目錄7-9
• 第一章 緒論9-16
• 1.1 引言9-10
• 1.2 課題的背景和意義10-11
• 1.3 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)11-14
• 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容14-16
• 第二章 低耦合直線位移機(jī)構(gòu)的分析和設(shè)計(jì)16-28
• 2.1 概述16
• 2.2 柔性鉸鏈16-19
• 2.2.1 柔性鉸鏈的應(yīng)用領(lǐng)域以及研究現(xiàn)狀16-17
• 2.2.2 柔性鉸鏈的材料選擇17
• 2.2.3 幾種常見(jiàn)切口的柔性鉸鏈17-19
• 2.3 單向平動(dòng)柔順?biāo)臈U機(jī)構(gòu)的輸入輸出特性分析19-23
• 2.3.1 單向平動(dòng)柔順?biāo)臈U機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式19
• 2.3.2 單向平動(dòng)柔順?biāo)臈U機(jī)構(gòu)的輸出位移和耦合誤差分析19-22
• 2.3.3 單向平動(dòng)柔順?biāo)臈U機(jī)構(gòu)的非線性分析22-23
• 2.4 切口輪廓和截面形狀對(duì)對(duì)稱四桿機(jī)構(gòu)的輸出位移的影響23-27
• 2.4.1 對(duì)稱四桿機(jī)構(gòu)描述23-24
• 2.4.2 ANSYS建模與仿真分析24-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 第三章 平面三自由度柔順微定位平臺(tái)及其運(yùn)動(dòng)學(xué)分析28-42
• 3.1 概述28
• 3.2 3-PRR與3-RRR的性能對(duì)比分析28-29
• 3.3 平面三自由度柔順微定位平臺(tái)的整體設(shè)計(jì)29-31
• 3.4 平臺(tái)模型的偽剛體化分析及其機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算31-33
• 3.4.1 平臺(tái)模型的偽剛體化分析31-33
• 3.4.2 機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算與輸出特性分析33
• 3.5 機(jī)構(gòu)的位姿計(jì)算33-39
• 3.5.1 機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)化分析33
• 3.5.2 位移放大機(jī)構(gòu)的位姿分析33-35
• 3.5.3 3-PRR位姿分析35-39
• 3.6 雅克比矩陣39-41
• 3.6.1 雅克比(Jacobian)矩陣簡(jiǎn)介39-40
• 3.6.2 機(jī)構(gòu)的雅克比矩陣求解40-41
• 3.7 本章小結(jié)41-42
• 第四章 平面三自由柔順微定位平臺(tái)的剛度分析42-65
• 4.1 概述42
• 4.2 柔性運(yùn)動(dòng)副的柔度矩陣42-56
• 4.2.1 半圓型柔性鉸鏈43-45
• 4.2.2 變截面對(duì)稱柔順?biāo)臈U機(jī)構(gòu)的柔度矩陣45-56
• 4.3 整體機(jī)構(gòu)的剛度矩陣56-58
• 4.4 工作空間分析58-59
• 4.5 有限元仿真分析59-64
• 4.6 本章小結(jié)64-65
• 第五章 樣機(jī)研究65-70
• 5.1 概述65
• 5.2 微定位平臺(tái)的實(shí)體結(jié)構(gòu)65-68
• 5.2.1 平臺(tái)的主體材料選擇66-67
• 5.2.2 壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器及其主要參數(shù)67-68
• 5.3 平臺(tái)的定位68-69
• 5.4 平臺(tái)試驗(yàn)相關(guān)儀器69
• 5.5 本章小結(jié)69-70
• 第六章 總結(jié)和展望70-72
• 6.1 全文總結(jié)70-71
• 6.2 研究展望71-72
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和參加的科研項(xiàng)目72-73
• 致謝73-74
• 參考文獻(xiàn)74-77

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：平面三自由度柔順微定位平臺(tái)結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：347981