基于粘滑驱动的小型精密定位平台

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1、中图分类号：TP242.2论文编号：102870118-S099学科分类号：080203硕士学位论文基于粘滑驱动的小型精密定位平台研究生姓名娄成树学科、专业机械设计及理论研究方向压电作动技术及其应用指导教师时运来副教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringSmallPrecisionMotionPlatformBasedonStick-slipDrivingPri

2、ncipleAThesisinMechanicalDesignandTheorybyLouChengShuAdvisedbyAssociateProf.ShiYunlaiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember,2017承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育

3、机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要微纳驱动技术作为纳米操作系统的关键技术之一，在显微系统、医疗科学、集成电路制造等众多领域中都得到了广泛的应用。然而在例如扫描探针显微镜等显微装置中，不仅需要在有限的操作空间内实现高精度定位和操作，同时也要求有更大的操作范围，这就对微纳驱动技术的驱动方法和结构类型提出了新的挑战。本文提出了一种新型的基于粘滑驱动

4、的小型精密定位平台，并对其中的关键技术进行研究。首先在粘滑驱动机理及运动特性研究方面。本文从粘滑驱动的工作原理入手，分析粘滑驱动的运动过程，并通过简化模型的方式建立了粘滑驱动运动学模型。基于该模型，分别分析了驱动频率、压电元件加速度等因素对粘滑驱动的影响。在粘滑驱动平台动力学建模及分析方面。首先通过联立压电叠堆电学模型、驱传动系统机械动力学模型以及LuGre摩擦模型，得到平台动力学模型。然后利用Matlab/Simulink软件对平台模型进行仿真并分析预压力、移动台质量等因素对粘滑驱动的影响。平台结构设计方面。该平台以压电叠堆作为驱动元件，将三种功能柔性

5、铰链、惯性质量块以及弹性力传递元件组成定子基座作为传动机构，并通过ANSYS/Workbench软件对平台进行模态分析、强度校核等有限元仿真。并结合上述粘滑驱动系统理论分析，最终完成平台结构设计。最后在样机实验方面。首先利用开环测试系统，分别对位移、速度等性能参数进行测试，并将预压力、移动台质量等参数对平台步长的影响与仿真结果进行对比，从而验证模型正确性。最后利用添加位置反馈装置实现平台的闭环控制，通过调整电压、脉冲周期数等参数，提高平台定位精度。关键词：微纳驱动技术，粘滑驱动，平台，精密定位，动力学建模本课题由国家自然科学基金面上项目（NO.51275

6、235）、航空科学基金（NO.2016ZA52014）资助。本学位论文在机械结构力学及控制国家重点实验室完成。I基于粘滑驱动的小型精密定位平台ABSTRACTAsoneofthekeytechnologiesofnano-operatingsystem,micro-nanodrivingtechnologyhasbeenwidelyusedinmanyfieldssuchasmicrosystem,medicalscienceandintegratedcircuitmanufacturing.However,inamicroscopicapparatus

7、suchasascanningprobemicroscope,notonlyhighprecisionpositioningandoperationarerequiredinalimitedoperationspace,butalsoalargeroperationrangeisrequired.Thisisacasewherethedrivingmethodandstructureofthemicro/nanodrivetechnologyTypesposenewchallenges.Inthisresearchbackground,thispaper

8、presentsanewtypeofsmallprecisionposition