压电陶瓷驱动的精密微操作平台特性与优化-论文.pdf

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1、第l2卷第5期纳米技术与精密工程Vo1．12No．52014年9月NanotechnologyandPrecisionEngineeringSept．2014DOI10．13494／j．npe．20140016压电陶瓷驱动的精密微操作平台特性与优化胡俊峰，郝亚洲，徐贵阳(江西理工大学机电工程学院，赣州341000)摘要：设计一种结构紧凑、具有大运动空间和响应快的微操作平台，并对其静态和动态特性进行分析和优化．利用杠杆机构和连杆机构设计一种能实现两级放大的微操作平台，结构对称地设计在同一平面，并采用导向机构实现精确的导向运动．利用功能原理，采用伪刚体方法建立反映平台的静态和动态特性封闭形式的理

2、论模型．由理论模型与有限元分析的结果比较分析可知，两者所得的结果误差范围为6．0％～7．2％，说明所推导模型的正确性．基于理论模型分析构型参数和柔性铰链尺寸参数对放大倍数、输出刚度、应力和固有频率的影响．结果表明，结构参数变化对输出刚度与固有频率的影响是矛盾的，对放大倍数和应力的影响也相互矛盾，需要通过优化结构参数以综合平衡其性能指标．提出一种以综合平衡平台的静态和动态特性为目标，并考虑应力、放大倍数和几何尺寸为约束的优化模型．结果表明优化后的固有频率和放大倍数比优化前均提高，而输出刚度降低，说明优化后的平台性能更好．关键词：微操作平台；柔顺机构；动态性能；优化设计；静态性能中图分类号：TH

3、703；TP274文献标志码：A文章编号：1672—6030(2014)05—0365-08CharacteristicsandOptimizationofPiezo-DrivenPreciseMicro-ManipulationStageHuJunfeng，HaoYazhou，XuGuiyang(SchoolofMechanicalandElectricalEngineering，JiangxiUniversityofScienceandTechnology，Ganzhou341000，China)Abstract：Acompactmicro-manipulationstagewithla

4、rgeoverall—motionandfastresponsewaspresen—ted，anditsstaticanddynamiccharacteristicswereanalyzedandoptimized．Byusingalevermechanismandlinkage，themicro-manipulationstagewasdesignedwhichcanachievetwo—stageamplification．Thestructureliessymmetricallyinthesameplane，andaguidemechanismisadoptedtorealizeacc

5、urateori-entationmovement．Usingthework—energyprinciple，thepseudorigid—bodymethodisappliedtobuildtheclosed—formtheoreticalmodelwhichcanillustratethestaticanddynamicperformanceofthestage．Bycomparativeanalysisoftheresultsobtainedbytheoreticalmodelandfiniteelementmethod，itisshownthattheerrorrangeis6．0％

6、-7．2％．whichillustratesthecorrectnessofthederivedmode1．Theeffectoftheconfigurationparametersandsizeparametersoftheflexurehingeontheamplificationratio，outputstiffness．stressandnaturalfrequencywereinvestigatedbasedonthetheoreticalmode1．Theresultsshowchangingthestructureparametershascontradictoryeffect

7、onoutputstiffnessandnaturalfrequency，andtherelationshipbetweenmagnificationratioandstressisalsocontradictory．Thus，thestructuralparame-tersrequireoptimizationfortradeofofallperformanceindexes．Anoptimizationm