基于波纹簧片型柔性单元的两自由度精密定位平台的设计与研究

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1、硕士学位论文基于波纹簧片型柔性单元的两自由度精密定位平台的设计与研究作者姓名梁晓合学科专业机械制造及其自动化指导教师王念峰教授所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2015年4月DesignandAnalysisof2DOFMicro-positioningStageUsedCorrugatedFlexureUnitsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LiangXiaoheSupervisor：Prof.WangNianfengSouthChinaUniversityofTechnologyGuangz

2、hou,China分类号：TP23学校代号：10561学号：201220100376华南理工大学硕士学位论文基于波纹簧片型柔性单元的两自由度精密定位平台的设计与研究作者姓名：梁晓合指导教师姓名、职称：王念峰教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：机械制造及其自动化研究方向：精密制造装备与现代控制技术论文提交日期：2015年4月20日论文答辩日期：2015年6月6日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：委员：华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外

3、，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外）；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。本学位

4、论文属于：□保密，在年解密后适用本授权书。□不保密,同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期刊(光盘版)电子杂志社全文出版和编入CNKI《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：日期：指导教师签名：日期：作者联系电话：电子邮箱：联系地址(含邮编)：I摘要精密定位技术是精密制造、精密测量和精密驱动的关键技术之一。随着微纳技术的迅速发展，不同生产和研究领域都亟需越来越高标准的精密定位技术。如何设计具有大行程、高精度以及高度灵活的精密定位平台是当前精密定位技术的一个关键。本论文

5、设计了一种基于波纹簧片型柔性单元（简称波纹单元）、以电磁驱动的平面两自由度微位移精密定位平台，对波纹单元的刚度特性、驱动器的特性、平台静态和运动特性等进行了分析，确定控制方案并进行了相关的仿真分析和试验研究。针对传统缺口型、直片型等柔性铰链形变量不足，结合微位移精密定位平台大行程的要求，提出了新型的大柔度周期性波纹簧片型柔性单元。首先，利用伪刚体模型法、伯努利大变形理论、坐标变换以及变形叠加的方法求解波纹单元的变形并给出了对应的轨迹方程。然后通过有限元分析软件结合控制变量法对不同参数组合下的模型进行分析，采集分析结果并进行曲线拟合，求得波纹单元的平动刚度和转动刚度的经验公

6、式并展开参数分析，最后通过误差分析、平动及转动柔性铰链的设计和分析验证了上述公式的适用性和准确性。基于波纹簧片型柔性单元设计了电磁驱动的平面解耦型两自由度微位移精密定位平台。主要设计了平台的基本构型，确定波纹单元的具体尺寸参数，利用有限元软件分析了三维平台模型的静态和模态特性。通过分析多种驱动的优缺点，选用电磁驱动。分析电磁驱动器的驱动特性，设计容性负载电路，选择合适的控制器和传感器并搭建完整的精密定位系统。然后测定了平台实体模型的静态特性，利用分步定位控制消除了残余震荡，通过对磁滞等运动特性的分析提出对磁滞回线的电压补偿策略,提高了平台系统的开环定位精度。通过对平台定位

7、系统进行实际检测，结果表明了设计和分析的合理性，验证了电压补偿策略的有效性和实用性。最后对基于缺口型、直片型柔性铰链和波纹簧片型柔性单元的精密定位平台的动静态特性进行对比，突出基于波纹单元的精密定位平台大行程、高定位精度等特点。关键词：精密定位平台；波纹簧片型柔性单元；伪刚体模型；电磁驱动；磁滞回线IIAbstractPrecisionpositioningtechnologyisoneofthekeytechnologiesonprecisionmanufacturing,precisionmeasuringandpreci