高带宽两自由度并联柔顺精密定位平台的优化设计与实验

针对目前用于原子力显微镜的扫描定位平台带宽低、行程小、耦合性能差等问题,提出了一种基于柔性梁的高带宽两自由度精密定位平台并对该平台进行了优化设计、仿真验证与实验分析。首先,提出了以双端固定梁与平行杂交梁为基础的并联柔顺平台,分别运用卡式第二定理和拉格朗日方程建立了平台刚度和固有频率的数学模型;然后,通过最优化理论获取了平台的最高固有频率及最优设计尺寸,并运用有限元方法验证了优化结果的可靠性;最后,搭建了实验系统,对平台进行了实验研究。实验结果表明:所设计平台的最大行程为12.950μm×13.517μm,耦合误差小于1.77%,X,Y方向的固有频率分别为12.21和13.50kHz,在开环条件下可良好地追踪频率小于1kHz的三角波,有效改善了传统扫描定位平台响应慢、行程小、耦合性能差等问题。     

基于柔顺机构的两自由度微动精密定位平台的分析与设计

基于柔性铰链变形原理设计了一种压电驱动的两自由度柔顺机构微动精密定位平台.首先建立了平台的刚度、固有频率和强度的分析模型,通过优化设计得出了平台的最优结构尺寸.利用有限元软件仿真分析验证了设计模型和优化结果的正确性.最后制造了原型样机,进行了实验,对平台进行了标定并分析了平台的定位误差.     

直线电机驱动二维精密定位平台的设计研究

对直线电机驱动的两维大范围、高速、精密二维定位平台进行了总体设计,然后对导轨、直线电机和测量反馈系统进行了选型与计算,最后分析了二维定位平台的定位精度.样机测试结果表明,该平台在XY两个方向的定位精度基本满足设计要求,为系统标定与误差补偿提供了参考.     

二维精密定位系统的误差分析与补偿

针对所设计的基于运动控制卡的精密定位平台,提出了一种测量系统总体误差状况的方法,通过对精密定位系统中宏动平台进行定位误差的测量和分析,根据测量的误差情况提出了误差补偿的方法,采用闭环控制对系统的误差进行补偿,使其定位精度得到了大幅的提高.     

平面三维精密定位平台设计与研究

设计了一种能在单一平面内实现平面X、Y和转角θ方向调整和定位的平面三维精密定位平台,该平面三维精密定位平台采用伺服电机作为驱动源,四套十字交叉导轨作为关键执行机构的结构形式,在研究了其在平面内运动的数学模型和运动轨迹基础上,设计了利用组态网开发的PC控制系统,实现了平面三维精密定位平台姿态的实时检测和快速精确定位.     

一种高精度大行程2R1T并联定位平台

为了解决传统压电陶瓷驱动器所固有的高精度与大行程的矛盾,提出了一种新型可直接外力驱动的三自由度并联精密定位平台,利用压电直线电机直接驱动即可实现大行程与高精度定位。首先,分析了柔性铰链结构参数对其作动行程的影响机理,在此基础上设计了大行程圆柱柔性铰链,并对大行程圆柱柔性铰链的结构参数进行了模糊优化设计;接着,采用两个平移副和一个一体化、大行程圆柱形柔性铰链构建了并联分支链路,采用3条并联支路设计了2R1T并联精密定位平台,并通过坐标齐次变换方法构建了并联平台的运动学模型,推导出了并联平台位姿正反解;最后,对2R1T并联定位平台开展了实验研究。实验结果表明所设计的2R1T并联定位平台具有良好的运动同步性和重复性,利用压电直线电机的步进运动模式可实现精密定位,其平动定位分辨率为0. 09μm,转动定位分辨率分别为0. 8μrad、0. 9μrad和1. 0μrad;利用压电直线电机的连续运动模式可实现大行程空间定位,其平动工作行程为120 mm,转动工作行程分别为6. 18°、6. 74°和6. 58°。借助于压电直线电机的不同工作模式实现了并联平台的精密定位和大行程工作空间两个关键指标,为进一步研究2R1T并联机构的动态性能、精密定位及控制规律的实现等提供了重要的理论价值和实践基础。     

六自由度柔性精密传动与定位平台的静态特性分析

基于柔顺机构学、机械原理和空间机构学,设计了由压电陶瓷驱动器驱动的六自由度柔性精密定位平台。利用伪刚体法和虚功原理对平台进行静力学分析,得到了沿X、Y、Z轴移动,绕X、Y轴摆动和绕Z轴转动6个自由度的静态刚度及运动特性,利用APDL对定位平台的结构进行优化,得到了平台6个方向运动的最大行程。对定位平台进行有限元仿真,并通过搭建的实验平台进行测试,将实验结果与理论结果和仿真结果进行对比分析,验证了理论模型的正确性及平台结构的合理性。     

杆式旋转超声电机在精密定位平台上的应用

介绍了一款杆式旋转超声电机,它由一个定子和两个转子构成,利用两个一阶弯曲振动模态工作。将该电机应用于驱动精密定位平台,并构建了基于计算机与GO-400运动控制器的精密定位平台控制系统。对于杆式超声电机,当利用专用驱动器供电,驱动器的输入电压为直流15V时,电机的空载转速为206r/min,堵转力矩为0.273N.m。对于精密定位平台,通过对电机进行正/反转控制、速度PID控制,实现平台的精密定位,定位精度达到2μm。进行了平台步进试验,其正/反向的位移分辨力都为1μm。利用旋转超声电机作精密定位系统的致动器时,可以采用旋转型光电编码器代替昂贵的直线型编码器,从而大大降低整个精密定位系统的价格。     

夹具定位方案的稳健性及其优化设计

对影响机床夹具定位误差的各种因素进行了综合分析,提出了定位方案稳健性的基本概念.通过优化设计,可使夹具定位精度对各种干扰因素具有不灵敏性,提高其定位质量.对定位方案稳健设计的准则函数和约束条件进行了探讨,提出了一种优化设计建模方法,并给出了设计实列.     

宏微定位平台运动切换减振问题研究态势

高速高精密定位平台是微电子制造装备领域的核心部件,决定着微电子产品的性能与质量.近年来,宏微复合定位平台技术得到了快速发展,高速度与高精密度等性能不断提升,然而,运动切换环节的振动问题也日益凸显,成为制约宏微定位平台进一步发展的瓶颈.基于此,首先对当前国内外宏微定位平台及其运动切换环节振动问题的研究现状进行介绍,继而分别介绍与分析了宏微定位平台系统的机构形式、驱动方式、导轨及其他因素对运动切换环节振动问题的影响,最后对目前运动切换减振方法进行概述,重点提出基于压电陶瓷的新型减振方法,以期对未来宏微定位平台运动切换的减振研究提供一定的参考作用.