懸置式多自由度柔性精密定位平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、全柔順臺(tái)式微/納裝備，是利用超高精度的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器及其控制系統(tǒng)、無機(jī)械間隙的微/納傳動(dòng)平臺(tái)，可適用于超精密加工、微/納檢測、微裝配和微調(diào)整、微機(jī)器人等領(lǐng)域，用于實(shí)現(xiàn)微納米級定位與傳動(dòng)的微型裝備。懸置式微/納裝備由全柔順微/納傳動(dòng)及定位平臺(tái)、機(jī)體外框及監(jiān)測控制系統(tǒng)等組合而成，在眾多高精密場合具有潛在的研究意義和實(shí)用價(jià)值。通過控制壓電陶瓷的電壓量，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的微/納傳動(dòng)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)多自由度、高精度的傳動(dòng)及定位，其在醫(yī)學(xué)、航空航天、微裝配、

2、微機(jī)器人等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景
　　本文依托于重慶大學(xué)機(jī)械傳動(dòng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主項(xiàng)目及上海市空間飛行器機(jī)構(gòu)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題，以在多自由度上實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)定位為設(shè)計(jì)目標(biāo)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了五自由度懸置式定位平臺(tái)，并針對該平臺(tái)開展了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、靜態(tài)分析、位移耦合分析、加工及實(shí)驗(yàn)等研究。本文的研究內(nèi)容主要包括：
　　研究了柔性機(jī)構(gòu)的工作原理，基于柔順機(jī)構(gòu)學(xué)，對比分析了驅(qū)動(dòng)元件、柔性鉸鏈、放大機(jī)構(gòu)等柔性部件，應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)了多自由度高精度

3、傳動(dòng)懸置式定位平臺(tái)的結(jié)構(gòu)。
　　基于材料力學(xué)，偽剛體理論和虛功原理等理論分析了懸置式定位平臺(tái)的工作原理及系統(tǒng)的輸入/輸出關(guān)系，建立了精密平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)模型；應(yīng)用卡氏第二定理，對懸置式定位平臺(tái)進(jìn)行靜力學(xué)分析，推導(dǎo)了定位平臺(tái)放大機(jī)構(gòu)的輸入/輸出剛度、各自由度移動(dòng)剛度以及平臺(tái)整體剛度方程，分析得到了平臺(tái)的靜態(tài)特性。
　　建立了平臺(tái)的三維實(shí)體模型，運(yùn)用有限元仿真的方法對平臺(tái)進(jìn)行靜態(tài)分析，驗(yàn)證了理論模型的正確性，研究了平臺(tái)單自由度與多自由

4、度的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，基于理論力學(xué)，機(jī)械原理等理論分析了平臺(tái)單自由度運(yùn)動(dòng)與多自由度聯(lián)動(dòng)位移耦合的特性，并運(yùn)用有限元進(jìn)行了位移耦合仿真。
　　探索了針對整體式加工的電火花線切割和快速成型兩種方法的優(yōu)劣，采用整體式電火花線切割加工方法進(jìn)行加工。運(yùn)用傳統(tǒng)切削加工和線切割加工的方法，解決了復(fù)雜結(jié)構(gòu)整體加工難加工的問題，加工制造得到了懸置式定位平臺(tái)樣機(jī)。
　　針對加工成形的平臺(tái)，進(jìn)行實(shí)際實(shí)驗(yàn)。分別研究了平臺(tái)樣機(jī)五個(gè)自由度的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)性能，基于誤