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《矩形柔性铰链式二维串联压电微动平台的设计【文献综述】》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
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串联压电微动平台的设计高精度定位是现代精密机械和仪器的一个重要特征。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。微动平台是以操作尺度微小、具有纳米级(0.1nm-100nm)定位精度为特征的微位移机构。其可以用来完成大
2、规模集成电路的检验和修补、微型机械零件的装配、单模光纤的对接等常规平台难以完成或根本无法完成的精微操作。微动平台的驱动方式主要有电热式、电磁式、压电式、磁悬浮式、滚动导轨式。电热式已成功应用于精密磨床的砂轮机微动上，但其伴随有发热现象，故此难以做到高精度。电磁式驱动行程范围大、分辨率较高、精度较高，但当工作台保持一定位置时，电磁圈始终要通电，从而由于发热都影响精度，此外其位移阶跃响应也同样有振荡的瞬时响应，存在着灵敏度高时难于稳定的问题。以压电陶瓷驱动器(PZT)为驱动器的微动工作台其具有结构紧凑,质量轻,传动无间隙,无机械摩擦,位移分辨
3、率高等特点。压电陶瓷驱动器(PZT)具有体积小,分辨率高,承载能力强等优点。使用PZT控制简单,易实现亚微米甚至纳米级的精度,且不产生热量和噪声,已被广泛用于要求具有纳米级定位分辨率的技术领域。而其缺点是行程小，压电类微位移控制电压高。某些材料在机械应力作用下，引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化，导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷的现象，称为压电效应。具有这种性能的陶瓷称为压电陶瓷，它的表面电荷的密度与所受的机械应力成正比。反之，当这类材料在外电场作用下，其内部正负电荷中心移位，又可导致材料发生机械变形，形变的大小与电场强度成正比
4、。压电陶瓷在电场作用下产生的形变量很小，最多不超过本身尺寸的千万分之一，这微小的变化，基于这个原理制做的精确控制机构－－压电驱动器，对于精密仪器和机械的控制、微电子技术、生物工程等领域都是一大进步。吴鹰飞,周兆英通过对柔性铰链在支撑结构、联接结构、调整机构和测量仪器中的应用,提到结合柔性铰链机构传动及压电陶瓷驱动主要应用于：(1)超精密定位工作台(2)精密机械加工(3)打印头(4)光学自动聚焦(5)电马达(6)动式径向空气轴承(7)夹持器[1]江溯,孙立宁,安辉,李国君在相关压电陶瓷直线驱动模块的研究中提出一套外形简洁、结构紧凑、位移分辨
5、率高、动态性能好的压电陶瓷直线驱动模块[2]。该模块采用了基于弹性变形原理的微位移机构和压电陶瓷直接驱动方式，并在模块内部藏有电阻应变式微位移传感器，实现了机构、驱动、检测一体化。压电驱动微动平台基于柔性铰链的传动机构主要有两种：并联结构式和串联结构式。国内外学者基于这两种机构都有所设计研究。柔性铰链的中部较为薄弱,在力矩作用下可以产生较明显的弹性角变形,能在机械结构中起到铰链的作用。它与一般铰链的区别是没有机械结构上的间隙,并且有弹性回复力,因而消除了运动中的摩擦和回退空程。柔性铰链主要有两种类型,直梁型柔性铰链和圆弧型柔性铰链。直梁型
6、柔性铰链有较大的转动范围，易于加工,但其运动精度较差,转动中心在转动过程中有明显的偏转。圆弧型柔性铰链的运动精度较高,但运动行程受到很大的限制,只能实现微小幅度的转动，加工复杂。图1.直梁型柔性铰链与圆弧性柔性铰链黄金永,魏燕定,张炜提到柔性铰链具有体积小、运动平稳、无需润滑、无回退空程、无摩擦、导向精度高等优点，已被广泛地应用于陀螺仪、加速度计、精密天平、导弹控制喷嘴形波导管天线等仪器仪表中。[3]因此在绝大多数情况下,利用柔性铰链机构是传递和放大压电致动器位移最适宜的方法。关于并联式传动结构，王光亮,杨川研究设计了一种用于宏微双重驱动
7、系统的二维微动工作台。[4]该微动平台采用柔性铰链支撑的并联式设计结构,该结构比串联式结构更简单紧凑,其x方向和y方向完全对称,所以这两个方向的参数完全相同,便于参数识别与工作台控制。采用有限元方法对该工作台进行了静态分析,并与采用解析法计算的结果进行对比。推导出由于宏动工作台高加速运动而引起微动工作台振动的加速度公式,为研究宏动台高加速、高减速运动对微动工作台的影响提供了依据。最后,计算分析了宏动工作台典型运动情况对微动工作台的影响,分析表明选择合适的阻尼比ξ,可以获得较短的微动工作台系统的调整时间和较小的超调量。图2柔性铰链并联结构朱
8、仁胜设计了一种新型压电式双自由度微位移工作台,提出了一种采用直角双杆机构代替平行四杆机构实现双自由度运动的方法;双自由度微位移工作台的结构,如图3所示。[5]这种结构集成了传统的外框套内框式平
