低成本平面三自由度柔顺并联微动平台的设计研究

来源 :山东理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiao531313486
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随着半导体制造、微纳制造及精密测量等技术的迅速发展和相关产品批量化生产的需求,迫切需要研制低成本高精度的精密定位系统。本文在柔顺微动平台研究的基础上,基于刚度差原理,提出了一种位移缩小机构,并将其作为P副应用于平面三自由度柔顺微动平台中,该平台通过螺旋测微头进行驱动,位移缩小机构对该低精度驱动器的输入误差进行缩小,并将其大输入位移缩小为微微移,因此,该柔顺平台具有能耗低、制作成本低、精度高等优点。本文对平台的整体结构方案进行了设计,并对重要单元及平台的柔度模型进行了理论分析,对平台的优化设计及实验研究进行了深入的研究,其主要研究内容如下:  首先对低成本平面三自由柔顺并联微动平台的整体结构进行设计,设计了一种低刚度的类弹簧式的V型折叠簧片式的柔性机构;比较分析了三种高刚度的柔性直线导向机构的离轴刚度比,获得了离轴刚度比高、导向性能好的柔性直线机构;基于刚度差原理,设计了以低刚度的V型折叠簧片式的柔性机构作为前机构,具有高刚度的柔性直线机构作为后机构的位移缩小机构,该机构在实现大位移的输入、微微移的输出的同时,其高刚度的直线导向机构的存在可以克服低成本驱动器精度低的问题;最终将该位移缩小机构作为P副成功应用于低成本平面三自由度柔顺并联微动平台中。  其次,对柔顺微动平台的位移缩小机构的柔度模型进行了理论研究,并对其理论模型的正确性以及位移缩小机构的有效性进行了验证;其次,对柔顺微动平台的整体柔度模型进行了理论研究,并进行了有限元仿真分析,仿真结果表明:在同一输入位移的情况下,有限元分析与理论分析在X和Y 方向上的位移最大相差分别为0.7μm和0.4μm,验证了其理论模型的正确性。  然后,以对平台柔度影响最为主要的几个结构参数为可控因子,以平台的单支链的输入位移和位移缩小比例为评价目标,通过有限元法与田口法相结合对其进行了稳健性优化设计,通过对实验结果的方差分析得到了最佳的结构参数。  最终,加工制作了试验样机,并对其进行了试验,试验表明:平台在x方向上理论分析与试验分析的结果相差不到 0.2μm,y 方向上的位移最大不超过 0.3μm,角位移误差不超过5×10^-5rad,验证了样机的有效性。通过误差的分析,获得了产生误差的原因,有利于对3-PRR柔顺微动平台后期的进一步研究。
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