【摘 要】
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本文设计了一种三自由度纳米定位平台,实现θ_x、θ_y、z三个自由度方向上的精密运动,并设计了定位平台的控制系统,搭建了定位平台的实验系统,通过实验验证了定位平台的性能。提出了三自由度纳米定位平台的总体方案设计。采用四点驱动的驱动方案,选用合适的微位移驱动器。采用桥式放大机构和平行四边形机构相结合,设计了三自由度纳米定位平台支链的柔性铰链放大机构。采用两个正交的直圆型柔性铰链设计了定位平台的柔性铰
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本文设计了一种三自由度纳米定位平台,实现θ_x、θ_y、z三个自由度方向上的精密运动,并设计了定位平台的控制系统,搭建了定位平台的实验系统,通过实验验证了定位平台的性能。提出了三自由度纳米定位平台的总体方案设计。采用四点驱动的驱动方案,选用合适的微位移驱动器。采用桥式放大机构和平行四边形机构相结合,设计了三自由度纳米定位平台支链的柔性铰链放大机构。采用两个正交的直圆型柔性铰链设计了定位平台的柔性铰链解耦机构。基于卡式第二定理以及拉格朗日方程建立柔性铰链放大机构的静力学和动力学模型。使用有限元软件分析并验证理论模型的正确性,理论建模结果和有限元仿真分析结果相近。对放大机构进行灵敏度分析,确定了放大机构的关键参数。建立了三自由度纳米定位平台的优化模型,基于灵敏度分析的关键参数,利用ANSYS Workbench和SolidWorks进行联合仿真优化,确定了三自由度纳米定位平台的结构参数。设计了三自由度纳米定位平台的硬件系统,选用嵌入式控制器CompactRIO并对其硬件构架进行分析。设计了定位平台的软件系统构架,采用FPGA编程模式,编写了实时处理器程序,实现轨迹规划、数据采集、数据记录以及界面更新等功能,编写了FPGA程序,实现闭环控制算法以及硬件I/O操作。采用DMA方式实现FPGA和实时处理器高吞吐量的数据通信。搭建三自由度纳米定位平台实验系统,通过开环和闭环实验,验证三自由度纳米定位平台的性能。
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