六自由度宏-微一體化并聯(lián)操作臺(tái)系統(tǒng)研究.pdf

1、微納米技術(shù)的迅猛發(fā)展使得研究對(duì)象不斷微細(xì)化，在光學(xué)、超精密加工及測(cè)量、生物工程、醫(yī)學(xué)工程、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝配作業(yè)等領(lǐng)域都需要微操作系統(tǒng)的參與，微操作系統(tǒng)因而具有廣闊的應(yīng)用前景。 隨著科技的發(fā)展，這些領(lǐng)域?qū)λ鶓?yīng)用的微操作系統(tǒng)提出了更高的要求，特別是運(yùn)動(dòng)精度、響應(yīng)速度、力感覺(jué)、可控性、靈活性等方面的要求越來(lái)越高。對(duì)于微操作任務(wù)來(lái)說(shuō)，在關(guān)注納米級(jí)高精度定位的同時(shí)，還要兼顧微米級(jí)的大范圍宏動(dòng)定位。針對(duì)上述情況，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)宏/微

2、雙重驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了一系列的研究，并取得一定的成果。 本課題涉及到的宏/微一體化操作臺(tái)系統(tǒng)，是一種新型的雙并聯(lián)機(jī)構(gòu)高精度六維定位系統(tǒng)，具有大行程、快速定位、高精度定位補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點(diǎn)。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的宏動(dòng)臺(tái)完成大行程、高速、高加速度微米級(jí)定位；宏動(dòng)臺(tái)終端的微動(dòng)機(jī)構(gòu)，由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)，經(jīng)柔性鉸鏈傳遞運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)納米級(jí)的分辨率和精度誤差補(bǔ)償定位。本文從機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、宏/微控制策略等問(wèn)題進(jìn)行深入的探討研究。 在機(jī)構(gòu)設(shè)

3、計(jì)方面，根據(jù)理論結(jié)構(gòu)，推導(dǎo)了宏動(dòng)臺(tái)和微動(dòng)臺(tái)的正反運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。基于虛擬樣機(jī)技術(shù)，建立了微動(dòng)臺(tái)結(jié)構(gòu)的理論模型，對(duì)理論結(jié)構(gòu)下微動(dòng)臺(tái)的正/逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)做了模擬仿真分析，仿真結(jié)果驗(yàn)證了理論推導(dǎo)的正確性。 在系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模方面，動(dòng)態(tài)輸入下引入柔性環(huán)節(jié)。通過(guò)有限元分析方法建立柔性鉸鏈模型，并結(jié)合動(dòng)態(tài)仿真軟件建立更精確的剛?cè)峄旌蟿?dòng)力學(xué)模型，進(jìn)行求解分析，得到更接近真實(shí)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究提供理論基礎(chǔ)。 在

4、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，在對(duì)宏動(dòng)臺(tái)和微動(dòng)臺(tái)的結(jié)構(gòu)特性、控制功能做出詳細(xì)分析情況下，分別進(jìn)行了相應(yīng)系統(tǒng)的硬件選擇和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并基于LabVIEW軟件平臺(tái)進(jìn)行了控制系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)。 在宏/微控制策略方面，提出了宏/微驅(qū)動(dòng)控制策略，在綜合考慮各種控制方法的基礎(chǔ)上，對(duì)微動(dòng)臺(tái)采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)PID控制，并對(duì)該種控制方法進(jìn)行了較詳細(xì)的分析?；贚abVIEW數(shù)據(jù)采集平臺(tái)的六維微位移傳感器，建立了宏/微操作臺(tái)全閉環(huán)控制系統(tǒng)模型，構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，分別