浅谈大行程结构一体化二维微定位台参数化设计及实验-

论文导读：设计提供了一定的论述基础。(3)基于柔性单元的单元刚度矩阵及矩阵位移法提出了单元刚度矩阵法,运用单元刚度矩阵法全面考虑机构中各柔性单元的变形,对微定位台进行了静力学、运动学浅析,建立了微定位台刚度模型和运动学模型。(4)结合VC和APDL两者优势,对微定位台参数化有限元浅析策略进行了探讨。编写了微定位台的APDL命令流
摘要：随着纳米技术的不断进展,微定位技术作为纳米技术的关键技术之一,已成为国内外关注的热点。以压电元件与全柔性机构相结合的微定位机构是目前常见的微定位设备。本论文以构型设计、运动学浅析、静力学浅析、参数化有限元浅析及实验制约等方面,对一种大行程结构一体化二维微定位平台(后面简称微定位台)进行了较为细致和深入的探讨。具体探讨内容和革新成果如下：(1)根据柔性机构的特点,采取微定位并联机构构型论述,在构型的多功能微驱动接口模块及二平动并联机构的基础上提出了一种新型两自由度大行程微定位平台。(2)以刚度为设计目标,利用伪刚体模型法对微位移放大模块的结构尺寸进行设计,并通过有限元浅析对结构尺寸进行了修正。形成了一种以刚度为目标,论述刚度模型与有限元浅析相结合的微动机构结构尺寸设计策略,该策略可明确各柔性单元对机构刚度的影响,为设计者进行结构尺寸优化设计提供了一定的论述基础。(3)基于柔性单元的单元刚度矩阵及矩阵位移法提出了单元刚度矩阵法,运用单元刚度矩阵法全面考虑机构中各柔性单元的变形,对微定位台进行了静力学、运动学浅析,建立了微定位台刚度模型和运动学模型。(4)结合VC和APDL两者优势,对微定位台参数化有限元浅析策略进行了探讨。编写了微定位台的APDL命令流文件,开发了人机信息交互界面,实现了微定位台全参数化驱动的有限元浅析。(5)对压电陶瓷驱动器的蠕变、迟滞特性进行探讨,开发了压电陶瓷特性测试程序。对微定位台的工作空间、末端位移的变化曲线进行探讨,开发了微定位台的性能测试程序,并在此基础上采取闭环制约案例设计开发了微定位台的制约程序。通过仿真和试验,结果表明以刚度为目标的结构尺寸设计策略是可靠的,建立的微定位台的刚度模型、运动学模型接近机构的实际情况,开发的闭环制约系统可实现微定位台的精确定位。以上浅析和探讨为后续的结构尺寸优化设计、动力学特性探讨及制约系统改善提供了论述基础。关键词：柔性并联机构论文柔度矩阵论文雅可比矩阵论文有限元论文闭环制约论文
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Abstract5-7
目录7-10
第一章 绪论10-16

1.1 微定位技术概述10

1.2 大行程微定位技术国内外探讨近况10-14

1.2.1 单级驱动的大行程纳米定位工作台10-13

1.2.2 两级驱动的大行程纳米定位工作台13-14

1.3 大行程微定位技术的进展走势展望14

1.4 本论文主要探讨内容14-16

第二章 微定位台的案例设计16-23

2.1 引言16

2.2 并联微定位机构16

2.3 新型微定位机构构型16-19

2.3.1 多功能微驱动接口模块16-18

2.3.2 一种2-PPr型二平动并联结构微定位平台18-19

2.4 二平动微定位台案例设计19-22

2.4.1 微定位台机构描述19-21

2.4.2 微定位台的单元机构划分21-22

2.5 本章小结22-23

第三章 微定位台中各单元机构的刚度模型23-42

3.1 引言23

3.2 柔性运动副的刚度模型23-27

3.

2.1 弹性移动副的刚度模型23-24

3.

2.2 柔性铰链的刚度模型24-26

3.

2.3 柔性梁单元的刚度模型26-27

3.3 柔性机构的刚度浅析27-28

3.4 直圆柔性铰链平行导向机构28-36

3.4.1 平行导向机构描述28-29

3.4.2 平行导向机构支链的柔度模型29-34

3.4.3 平行导向机构的刚度模型34-35

3.4.4 实例浅析验证35-36

3.5 弹性折叠梁的刚度建模36-41

3.5.1 弹性折叠梁的机构描述36-37

3.5.2 弹性折叠梁支链的柔度模型37-39

3.5.3 弹性折叠梁的刚度模型39-40

3.5.4 实例浅析验证40-41

3.6 本章小结41-42

第四章 以刚度为目标的结构尺寸设计42-51

4.1 引言42

4.2 微位移放大模块的机构描述42-43

4.3 微位移放大模块的设计计算43-48

4.

3.1 微位移放大模块设计指标43

4.

3.2 微位移放大模块的结构尺寸设计43-48

4.4 基于有限元浅析的机构参数修正48-50

4.5 本章小结50-51

第五章 微定位台静力学及运动学浅析51-63

5.1 引言51

5.2 微定位台刚度模型的建立51-58

5.

2.1 两输入支链的刚度模型52-56

5.

2.2 建立微定位台末端的刚度模型56-58

5.3 微定位台运动学浅析58-62
5.

3.1 微定位台输入支链的运动学浅析59-61

5.

3.2 微定位台位置正反解61-62

5.

3.3 微定位台的运动学模型62

5.4 本章小结62-63
第六章 微定位台参数化建模及有限元浅析63-70

6.1 引言63

6.2 全柔性机构性能的浅析策略63

6.3 基于VC与APDL的微定位台参数化设计63-68

6.

3.1 微定位平台的APDL参数化建模64-67

6.

3.2 基于VC的微定位台参数化浅析67-68

6.4 微定位台参数化有限元浅析实例68-69

6.5 本章小结69-70

第七章 微定位台实验制约系统70-82

7.1 引言70

7.2 压电陶瓷特性测试70-76

7.

2.1 压电陶瓷概述70

7.

2.2 压电陶瓷测试系统搭建70-71

7.

2.3 蠕变特性测试71-73

7.

2.4 迟滞特性测试73-76

7.3 微定位台测试实验系统76-78
7.

3.1 微定位台实验系统搭建76

7.

3.2 微定位台测试系统界面76-77

7.

3.3 微定位台运动实验测试结果77-78

7.4 微定位台制约系统78-81
7.

4.1 微定位台闭环反馈制约方式78-80

7.

4.2 微定位台制约系统80-81

7.5 本章小结81-82
第八章 总结与展望82-84
8.1 总结82-83
8.2 展望83-84
致谢84-85
参考文献85-90
攻读硕士期间发表的学术论文和参加的科研项目90