矩形柔性铰链式二维并联压电微动平台的设计【文献综述】

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1、毕业论文文献综述机械设计制造及其自动化矩形柔性铰链式二维并联压电微动平台的设计摘要：主要阐述该设计的材料来源、研究历史和现状、观点和研究趋势；通过参考文献了解矩形柔性铰链式二维并联压电微动平台的设计方法。压电陶瓷驱动微定位系统克服了传统机械式、液压式、气动式、电磁定位系统惯性大、响应慢、结构复杂、可靠性差等不足，具有位移分辨率大、反应速度快、结构刚度大、能耗低、不受磁场干扰、无磨损和无需润滑等优点时，柔性铰链具有无机械摩擦、无间隙、运动平滑、灵敏度高等诸多优点。关键词:材料来源历史和现状研究趋势1绪论微动系统一般由微动平台、检测装置、控制系统3部分组成微动平台(或微位移机构)是指行程小(一

2、般小于mm级)、灵敏度和精度高(亚μm级~nm级)的机构,它是微动系统的核心。微动工作台主要由微位移驱动器、导轨和输出平台等组成。微位移驱动器直接把输入电压/电流转变成相应的输出位移,而导轨则把此位移量传递到工作台。它具有体积小、无机械摩擦、导向精度高、加工精度易于保证、不需要装配等特点。2材料来源情况通过宁波大学网络图书馆里的相关论文了解矩形柔性铰链式二维并联压电微动平台的设计过程，查阅相关的书籍，有关于矩形柔性铰链，压电陶瓷驱动的特点，以及微动平台的结构设计。主要的查阅渠道:A、查阅具有设计经验和科研成果写出来的原始论文，刊登于各种杂志、学报、学术会议资料汇编或论文集等。B、文献索引。

3、C、专题评述、动态综述、进展、年鉴等。3研究历史、研究现状A研究历史：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室的王光亮,杨川设计了一种用于宏微双重驱动系统的二维微动工作台。哈尔滨工业大学机器人研究所的荣伟彬、马立、孙立宁、谢晖、陈立国设计了一种压电陶瓷驱动的二维微动工作台，采用结构力学理论建立了工作台的简化模型，并推导出工作台沿x、y方向刚度计算表达式。将工作台简化为二自由度弹簧质点系统，得出其前二阶固有频率计算表达式。浙江大学机械工程系的魏燕定对所设计的基于柔性铰链的微动平台进行了静态刚度、弱截面处最大应力和固有频率的分析。用有限元法进行了平台的建模,仿真得出平台的静态刚度值和最大应力

4、值与计算结果分别相差2.5%和3.1%。在实验中测试了平台的静态刚度和固有频率,也得到了理想的结果。该微动工作台是采用柔性铰链支撑和压电陶瓷驱动器驱动。机构由微动平台、检测装置、控制系统3部分组成微动平台(或微位移机构)是指行程小(一般小于mm级)、灵敏度和精度高(亚μm级~nm级)的机构,压电陶瓷驱动器具有迟滞、非线性和蠕变等特性，这些特性引起的位移不确定度一般分别为15%~20%、2%~10%、1%~5%。它们的存在使压电陶瓷微驱动器的位移重复精度、检测精度降低，瞬态响应速度变慢，可控性变差，给压电陶瓷微驱动器的控制和应用带来很大困难。B研究现状：高精度定位是现代精密机械和仪器的一个重

5、要特征。随着集成电路(IC)制造、微型机械电子系统(MEMS)、精密测试系统和精密加工领域的快速发展,迫切需要能够进行大运动范围、高精度、高速定位的装置。这些领域一般要求定位范围在几百毫米、定位精度在纳米数量级、定位速度在m/s。例如在IC制造的刻蚀环节中,要做到0.1μm的特征尺寸,工作台的定位精度应达到20nm以内。由于采用单一驱动方式无法满足对工作台定位精度、运动范围和运动速度的综合要求,他们设计了宏微双重驱动系统。宏动工作台是采用直线电机驱动的大范围、高速度、精密定位系统。微动工作台对宏动工作台进行定位误差补偿,使其最终定位精度达到纳米精度。压电陶瓷驱动微定位系统克服了传统机械式、

6、液压式、气动式、电磁定位系统惯性大、响应慢、结构复杂、可靠性差等不足，具有位移分辨率大、反应速度快、结构刚度大、能耗低、不受磁场干扰、无磨损和无需润滑等优点时，柔性铰链具有无机械摩擦、无间隙、运动平滑、灵敏度高等诸多优点压电陶瓷驱动器和柔性铰链的这些优点，使以压电陶瓷驱动器做驱动柔性铰链机构作柔性支撑导轨的微定位系统得到广泛应用，受到学术界重视。4观点与趋势观点与主张：基于矩形柔性铰链结构，设计由压电陶瓷执行器驱动的、在X和Y方向上位移行程各为50µm的二维并联微动平台。驱动方式:采用压电陶瓷驱动电源；运动范围:二维运动，x、y直线运动；直线行程范围:0-50μm；；偏转角度范围:0rad

7、；最大负载：100kg；控制方式:压电陶瓷驱动电源或者压电陶瓷控制系统；平台材料采用超硬铝；结构采用对称的并联矩形平台。发展动向和趋势：进一步量化平台的尺寸设计，设计出平台的机构，根据结构计算出平台的参数，从而选定压电陶瓷的型号。完成最后的装配图，计算过程，以及毕业论文。5参考文献[1]李庆祥,王东生,李玉和.现代精密仪器设计.北京:清华大学出版社,2004.[2]王光亮,杨川.二维微动工作台的设计与分析.机床与液压,2