一维精密微位移机构的设计开题报告

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1、开题报告一维精密微位移机构的设计1选题的背景、意义微位移机构通常指机构工作时所产生的工作位移小于毫米级的机构，其核心是微位移器，通常根据产生微位移的原理将其分为机械式和机电式。微位移机构（或称微动工作台）由微位移驱动器和导轨两部分组成。根据导轨形式和驱动方式可分成五类：柔性支承、压电或电致伸缩微位器驱动；滚动导轨，压电陶瓷或电致伸缩微位移器驱动；滑动导轨，机械式驱动；平行弹性导轨，机械式或电磁、压电、电致伸缩微位移驱动器驱动；气浮导轨，伺服电机或直线电机驱动[1]。高精度微动工作台系统是现代许多学科和高科技赖以发展的基础，是精密微驱

2、动技术中一项重要内容，在现代航空航天、光纤对接、扫描隧道显微镜（STM）、机器人、细胞操作、集成电路制造等得到了广泛的应用[2]。精密工作台是集精密位置检测技术、驱动技术、直线导向技术、控制技术等多项技术为一体的有机综合体[3]。作为21世纪机密机械与精密技术的关键技术之一——微位移技术,近年来随着微电子技术、宇航、生物工程等学科的发展而迅速地发展起来。广泛应用于宇航、机械、微电子领域，它的发展是其它尖端技术的基础,美国、日本、英国等国家均将它列入国家发展计划进行重点研究。由于宇航和航空等技术的发展的需要,对实现小范围内偏转的支承,

3、不仅提出了高分辨的要求,而且对其尺寸和体积提出了微型化的要求。20世纪60年代前后，由于宇航和航空等技术发展的需要，对实现小范围内偏转的支承，不仅提出了高分辨率的要求，而且对其尺寸和体积提出了微型化的要求。人们在经过对各类型的弹性支承的实验探索后，才逐步开发出体积小无间隙的柔性铰链[4]。在微位移技术中,柔性铰链是实现微位移和高分辨率的理想机构。随着柔性铰链的研究发展，柔性铰链立即被广泛地用于陀螺仪、加速度计、精密天平等仪器仪表中,并获得了前所未有的高精度和稳定性[5]。如日本工业技术院计量研究所，利用柔性铰链原理研制的角度微调装置

4、，在3分的角度范围内，达到了1000万分之一度的稳定分辨率。近年来，柔性铰链又在精密微位移工作台中得到了实用，开创了工作台进入毫微米级的新时代。柔性铰链用于绕轴作复杂运动的有限角位移，它的特点是：无机械摩擦、无间隙、运动灵敏度高。柔性铰链有很多种结构，最普通的形式是绕一个轴弹性弯曲，这种弹性变形是可逆的。2相关研究的最新成果及动态目前已经进入了“亚微米-纳米”时代。在电子，光学，机械制造等众多技术领域中，迫切需要高精度，高分辨率，高可靠性的微位移系统，用以直接工作或配合其他仪器设备完成高精度的研究和使用。在精密和超精密加工和测量，大

5、规模集成电路制造，扫描隧道显微镜测量以及精密光学工程等诸多尖端科技领域中，当运动分辨率达到亚微米或纳米级时，压电式微位移机构在微进给定位上体现出了自身的优势。微位移机构的主要应用范围包括：精密与超精密加工、测量、微机电系统（MEMS）、生命科学、半导体加工等应用。崔玉国[26]将该位移自感知方法作为压电微动工作台控制系统的反馈方式,构造一种前馈补偿同反馈调节相结合的复合控制算法,实现了自感知复合控制。高速运动的工作台欲实现亚微米级的定位精度是非常困难的。为了解决二者之间的矛盾，通常采用粗、精结合的方法来实现[6]。在粗动工作台上加一

6、个精动工作台，粗动工作台实现高速度、大行程，精动工作台实现微动，完成精密定位中的补偿。这个精动工作台即由微位移机构实现[7]。最早由Paros和Weisbord提出了一种结构紧凑、体积小、无机械摩擦、无间隙的传动导向机构。由于其具有的高精度、高稳定性，以柔性铰链机构为导向机构的超高精度微动工作台及微动机器人已被广泛用于能束加工，超精密检测，微操作系统等要求具有纳米级定位分辨率的技术领域内。柔性铰链是压电式微动工作台实现精密位移的弹性支承，由于直圆弧柔性铰链使用最广泛，它的研究得到了相当的重视，主要研究柔性铰链三个基本参数与精度、刚度

7、之间的关系[8]。但仅考虑柔性铰链圆弧部分的弯曲变形，把其它部分都看作刚体[9]；实际上，连杆部分也会产生变形，输出位移和实际情况有差别。近几年，柔性铰链经国内外专业人士研究得到了进一步的发展[10]。张定会介绍了柔性铰链的简化设计方法，并利用柔性铰链工作原理设计了柔性框架式爬行驱动器作为微动工作台的驱动装置，使微动工作台获得了稳定的工作精度和高分辨率。张磊、刘莹针对传统机械式微位移机构无法达到很高的定位精度,设计了一种用于实现精密定位的压电陶瓷驱动的微位移机构。给出了该机构柔性铰链的设计参数,并计算了铰链材料的强度。利用有限元分析

8、软件ANSYS对微位移机构进行结构静力分析,分析了理论计算与实际机构之间存在的误差,结果表明,所设计的柔性铰链参数是正确的。1880年，皮埃尔·居里和雅克·居里在研究石英时发现的，对于压电现象，我们可能还不是非常的明确[11]。其实压