【摘要】：微操作平臺(tái)在生物工程、微機(jī)械制造、航空航天等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用。隨著科技的發(fā)展,對(duì)微操作平臺(tái)提出了新的性能要求。在某些應(yīng)用領(lǐng)域,要求平臺(tái)具有多行程、多分變率的性能。為了平臺(tái)滿足多行程、多分辨率的要求,本文提出了三種變剛度平臺(tái)設(shè)計(jì)思路,主要內(nèi)容如下:為了滿足微操作平臺(tái)結(jié)構(gòu)緊湊、大運(yùn)動(dòng)行程、高固有頻率、運(yùn)動(dòng)解耦和高運(yùn)動(dòng)精度的要求,設(shè)計(jì)了一種以杠桿柔性機(jī)構(gòu)進(jìn)行位移放大,以雙復(fù)合平行四桿柔性機(jī)構(gòu)為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的新型二維微操作平臺(tái)。采用偽剛體法和虛功原理建立反映平臺(tái)靜剛度、位移放大率和固有頻率的力學(xué)模型。制作樣機(jī)并搭建了實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)平臺(tái)性能進(jìn)行測(cè)試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,平臺(tái)位移放大率可達(dá)4.5倍,剛度為5.79 N/μm,固有頻率為580 Hz,反映平臺(tái)沿x和y方向的耦合度的指標(biāo)分別1.3‰和1.2‰,沿x和y軸方向的重復(fù)定位精度分別為0.68μm和0.72μm。所以,所設(shè)計(jì)的平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)。針對(duì)目前微操作平臺(tái)位移傳感的集成問題,提出了將電阻式應(yīng)變片集成于微操作平臺(tái)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)-傳感一體化設(shè)計(jì)。以驅(qū)動(dòng)方向應(yīng)變傳感單元的應(yīng)變最大、耦合方向應(yīng)變單元的應(yīng)變最小為優(yōu)化目標(biāo),對(duì)應(yīng)變傳感單元尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。采用最小二乘法標(biāo)定微操作平臺(tái)輸出位移與位移傳感單元應(yīng)變之間的關(guān)系。擬合結(jié)果得出微操作平臺(tái)的輸出位移與應(yīng)變單元的應(yīng)變關(guān)系為一階多項(xiàng)式,通過該關(guān)系式可實(shí)現(xiàn)對(duì)微操作平臺(tái)位移的檢測(cè),所提出的思路為微操作平臺(tái)集成位移的設(shè)計(jì)提供一種新思路。為了設(shè)計(jì)多級(jí)可變剛度微操作平臺(tái),提出了一種串聯(lián)式變剛度平臺(tái)設(shè)計(jì)思路。通過剛性構(gòu)件和柔性構(gòu)件交互串聯(lián)的方式構(gòu)成變剛度微操作平臺(tái),當(dāng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)某一行程后,剛性構(gòu)件之間相互接觸,使其連接于兩剛性構(gòu)件之間的柔性構(gòu)件失去作用,串聯(lián)的柔性構(gòu)件減少,平臺(tái)的剛度增加,則達(dá)到了變剛度效果�；谠撍悸吠茖�(dǎo)出一般情況下串聯(lián)式多級(jí)可變剛度平臺(tái)各柔性構(gòu)件的剛度、各剛性構(gòu)件之間的間隙應(yīng)滿足的條件,得出了多級(jí)串聯(lián)式變剛度平臺(tái)的設(shè)計(jì)原理。推導(dǎo)出了平臺(tái)剛度與各柔性構(gòu)件剛度之間的關(guān)系、各級(jí)行程與各柔性構(gòu)件剛度和間隙之間的關(guān)系,為設(shè)計(jì)多級(jí)串聯(lián)式變剛度微操作平臺(tái)提供了理論基礎(chǔ)。根據(jù)變剛度原理,設(shè)計(jì)了二級(jí)變剛度和三級(jí)變剛度微操作平臺(tái),制作樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分析,實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明所設(shè)計(jì)平臺(tái)的可行性。為了設(shè)計(jì)多級(jí)可變剛度微操作平臺(tái),提出了兩種并聯(lián)式變剛度設(shè)計(jì)思路。平臺(tái)的設(shè)計(jì)思路為當(dāng)微操作平臺(tái)運(yùn)動(dòng)某一行程后,剛性構(gòu)件之間相互接觸,使其連接于剛性構(gòu)件的柔性構(gòu)件同時(shí)起作用,并聯(lián)的柔性構(gòu)件增加,平臺(tái)的剛度增加,則達(dá)到了變剛度效果。基于該思路推導(dǎo)出一般情況下并聯(lián)式多級(jí)可變剛度微操作平臺(tái)剛度與各柔性構(gòu)件的剛度之間的關(guān)系、微操作平臺(tái)各級(jí)行程與間隙之間的關(guān)系,得出了并聯(lián)式多級(jí)變剛度平臺(tái)的設(shè)計(jì)原理,為設(shè)計(jì)多級(jí)變剛度微操作平臺(tái)提供了理論基礎(chǔ)。根據(jù)變剛度原理,設(shè)計(jì)了二級(jí)變剛度和三級(jí)變剛度微操作平臺(tái),制作樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分析,實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明所設(shè)計(jì)平臺(tái)的可行性。為了滿足多維微操作平臺(tái)變剛度、行程大、運(yùn)動(dòng)解耦的設(shè)計(jì)要求,基于縱向并聯(lián)式變剛度設(shè)計(jì)原理,設(shè)計(jì)了一種以復(fù)合導(dǎo)向梁為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的新型二維變剛度微操作平臺(tái)。建立復(fù)合導(dǎo)向梁的力學(xué)模型,基于該模型推導(dǎo)出微操作平臺(tái)各級(jí)剛度。加工平臺(tái)樣機(jī),對(duì)微操作平臺(tái)的剛度特性和解耦性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明二維平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)變剛度的設(shè)計(jì)需求且具有良好的解耦性能。
【學(xué)位授予單位】：江西理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH122
【圖文】：

第一章 緒論2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.1 微操作平臺(tái)的設(shè)計(jì)微操作平臺(tái)應(yīng)用最早是在生物工程，主要是為了完成對(duì)細(xì)胞的操作，隨著科技以及對(duì)柔順機(jī)構(gòu)研究的深入，柔順機(jī)構(gòu)在微操作平臺(tái)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用越來越多[22-23年，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)微操作平臺(tái)進(jìn)行了較多的研究，也取得了許多研究成果，下面度分類介紹一下比較具有代表性的微操作平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。單自由度微操作平臺(tái)

第一章 緒論2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.1 微操作平臺(tái)的設(shè)計(jì)微操作平臺(tái)應(yīng)用最早是在生物工程，主要是為了完成對(duì)細(xì)胞的操作，隨著科技以及對(duì)柔順機(jī)構(gòu)研究的深入，柔順機(jī)構(gòu)在微操作平臺(tái)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用越來越多[22-23年，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)微操作平臺(tái)進(jìn)行了較多的研究，也取得了許多研究成果，下面度分類介紹一下比較具有代表性的微操作平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。單自由度微操作平臺(tái)

圖 1-3 陳偉海設(shè)計(jì)的 2 自由度微操作平臺(tái)大衛(wèi)設(shè)計(jì)的二自由度微操作平臺(tái) 圖 1-5 Yangmin Li 津理工大學(xué)的田延嶺和張大衛(wèi)等[27]人采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)示，該平臺(tái)采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)，其材料采用 65 Mn保證運(yùn)動(dòng)精度。所設(shè)計(jì)的平臺(tái)外形尺寸為300 mm ，該機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)為定位精度高，解耦性好，缺點(diǎn)是

【參考文獻(xiàn)】

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1 胡俊峰;楊展宏;徐貴陽;;基于響應(yīng)面法的微操作平臺(tái)可靠性穩(wěn)健設(shè)計(jì)[J];振動(dòng)與沖擊;2017年15期

2 付小月;王偉;王雷;魏洪興;

本文編號(hào)：2773195