本文關(guān)鍵詞：壓電驅(qū)動(dòng)型宏微結(jié)合精密定位運(yùn)動(dòng)平臺的研究

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【摘要】：宏微結(jié)合兩級驅(qū)動(dòng)精密定位技術(shù)是國防軍工、航空航天、精密加工、生物科學(xué)和精密光學(xué)等領(lǐng)域的關(guān)鍵支撐技術(shù)之一。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,精密定位技術(shù)對定位系統(tǒng)行程和精度的需求越來越大,宏微結(jié)合兩級驅(qū)動(dòng)精密定位技術(shù)克服了傳統(tǒng)的單一驅(qū)動(dòng)定位技術(shù)難于實(shí)現(xiàn)大行程、高精度的技術(shù)難題,在體積、行程、響應(yīng)速度、定位精度等方面均具有較大的優(yōu)勢,國內(nèi)外科研人員圍繞宏微結(jié)合兩級驅(qū)動(dòng)精密定位技術(shù)展開了系統(tǒng)深入的研究。本論文以交流伺服電機(jī)、壓電疊堆分別作為宏微驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力元件,以實(shí)現(xiàn)大行程、高精度和較高承載能力為著眼點(diǎn),結(jié)合壓電學(xué)、材料力學(xué)、理論力學(xué)等相關(guān)學(xué)科基本理論,設(shè)計(jì)研制了一種三自由度大行程的宏微結(jié)合兩級驅(qū)動(dòng)精密定位運(yùn)動(dòng)平臺。微定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分,通過對直圓型柔性鉸鏈、直梁型柔性鉸鏈、“Z”型柔性鉸鏈三種柔性鉸鏈進(jìn)行力學(xué)模型與性能的對比分析,選擇由“Z”型柔性鉸鏈作為微定位平臺的傳動(dòng)部分,并采用雙平行六連桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)來減少平臺的耦合位移,增大承載能力;建立微定位平臺的動(dòng)力學(xué)模型,采用ANSYS有限元軟件對微定位平臺進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和力學(xué)仿真分析,驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。宏定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分,對平臺選用的交流伺服電機(jī)、滾珠絲杠、直線導(dǎo)軌等結(jié)構(gòu)組成元件進(jìn)行了分析研究,建立宏定位平臺X軸位移在水平方向簡諧外力F(t)作用下的動(dòng)力學(xué)模型,對其動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了分析,并使用有限元仿真軟件ANSYS對宏定位平臺進(jìn)行了六階模態(tài)振型分析。搭建了宏微結(jié)合精密定位運(yùn)動(dòng)平臺試驗(yàn)系統(tǒng),測試出宏定位系統(tǒng)的定位精度為1.54μm,運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性能良好;對微定位系統(tǒng)在X、Y方向的電壓-位移運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了測試研究,行程分別為17.86μm、15.45μm;對微定位平臺的承載能力進(jìn)行了試驗(yàn)分析;對微定位平臺進(jìn)行輸入正弦波信號試驗(yàn)分析,驗(yàn)證了微定位平臺具有良好的運(yùn)動(dòng)特性;對微定位平臺進(jìn)行輸入階躍響應(yīng)試驗(yàn)分析,測試出微定位X、Y方向的響應(yīng)速度分別為0.00755m/s、0.00625m/s。
【關(guān)鍵詞】：壓電驅(qū)動(dòng) 伺服電機(jī) 柔性鉸鏈 精密定位 運(yùn)動(dòng)平臺
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH703
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 論文研究的背景和意義11
• 1.2 運(yùn)動(dòng)平臺的研究現(xiàn)狀11-17
• 1.2.1 宏微結(jié)合精密定位運(yùn)動(dòng)平臺的國外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.2 宏微結(jié)合精密定位運(yùn)動(dòng)平臺的國內(nèi)研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 宏微結(jié)合精密定位運(yùn)動(dòng)平臺的關(guān)鍵技術(shù)17-18
• 1.4 未來發(fā)展趨勢18
• 1.5 論文研究內(nèi)容18-21
• 第2章 宏微結(jié)合精密定位運(yùn)動(dòng)平臺的工作原理21-33
• 2.1 宏微結(jié)合精密定位運(yùn)動(dòng)平臺工作原理21-22
• 2.2 壓電元件工作原理22-27
• 2.2.1 壓電效應(yīng)22-24
• 2.2.2 壓電材料的分類24
• 2.2.3 壓電疊堆及其工作原理24-26
• 2.2.4 壓電疊堆遲滯特性分析26-27
• 2.3 柔性鉸鏈工作原理27-31
• 2.3.1 柔性鉸鏈簡介27-28
• 2.3.2 柔性鉸鏈的分類28-29
• 2.3.3 柔性鉸鏈選材與制作29-30
• 2.3.4 柔性鉸鏈力學(xué)模型30-31
• 2.4 宏微結(jié)合精密定位運(yùn)動(dòng)平臺控制系統(tǒng)原理31-32
• 2.5 本章小結(jié)32-33
• 第3章 壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)微定位平臺的設(shè)計(jì)與分析33-53
• 3.1 微定位平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)33-36
• 3.1.1 微定位平臺的設(shè)計(jì)要求33-34
• 3.1.2 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組合方式選擇34
• 3.1.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的選擇34-36
• 3.2 三種柔性鉸鏈的力學(xué)模型與性能對比36-42
• 3.2.1 直圓型柔性鉸鏈的力學(xué)模型解析法分析37-38
• 3.2.2 直梁型柔性鉸鏈的力學(xué)模型解析法分析38-39
• 3.2.3“Z”型柔性鉸鏈的力學(xué)模型解析法分析39-41
• 3.2.4 三種柔性鉸鏈有限元分析對比41-42
• 3.3 微定位平臺力學(xué)模型42-44
• 3.3.1 微定位平臺動(dòng)力學(xué)模型系統(tǒng)動(dòng)能43-44
• 3.3.2 微定位平臺動(dòng)力學(xué)模型系統(tǒng)勢能44
• 3.4 微定位平臺的有限元仿真分析44-51
• 3.4.1 微定位平臺幾何參數(shù)的確定44-45
• 3.4.2 微定位平臺有限元模型建立45-46
• 3.4.3 微定位平臺靜力分析46-50
• 3.4.4 微定位平臺模態(tài)分析50-51
• 3.5 本章小結(jié)51-53
• 第4章 宏定位平臺的設(shè)計(jì)與分析53-65
• 4.1 宏定位平臺的方案設(shè)計(jì)53-54
• 4.2 宏定位平臺結(jié)構(gòu)組成54-57
• 4.2.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇54-55
• 4.2.2 傳動(dòng)絲杠的選型55
• 4.2.3 導(dǎo)向裝置的選擇55-56
• 4.2.4 三維宏動(dòng)平臺簡介56-57
• 4.3 宏定位平臺動(dòng)態(tài)特性分析與仿真57-62
• 4.3.1 X軸滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型57-60
• 4.3.2 宏動(dòng)臺動(dòng)態(tài)特性仿真分析60-62
• 4.4 本章小結(jié)62-65
• 第5章 宏微結(jié)合精密定位運(yùn)動(dòng)平臺的試驗(yàn)研究65-87
• 5.1 宏微結(jié)合精密定位運(yùn)動(dòng)平臺試驗(yàn)系統(tǒng)的搭建65-66
• 5.2 宏定位系統(tǒng)的試驗(yàn)研究66-67
• 5.3 微定位系統(tǒng)的試驗(yàn)研究67-86
• 5.3.1 電壓－位移特性試驗(yàn)分析67-80
• 5.3.2 承載能力試驗(yàn)分析80-82
• 5.3.3 輸入正弦波信號試驗(yàn)分析82-84
• 5.3.4 階躍響應(yīng)試驗(yàn)分析84-86
• 5.4 本章小結(jié)86-87
• 第6章 總結(jié)與展望87-89
• 參考文獻(xiàn)89-93
• 作者成果簡介93-94
• 致謝94

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本文編號：531695