橋式柔順微定位平臺的設計、優(yōu)化與實驗研究.pdf

1、微納米尺度的精密定位與跟蹤技術是精密加工、半導體制備、信息存儲以及生物醫(yī)學工程等眾多領域的關鍵技術之一。壓電陶瓷驅動的柔順微定位平臺，以其運動精度高、響應速度快等優(yōu)點，成為目前國內外研究和關注的重點。然而由于壓電陶瓷直接輸出位移較小，在相關領域的應用受到一定的限制。本論文分析了柔性鉸鏈的變形機理和幾種微位移放大機構的工作機理，設計了一種基于橋式放大機構的改進型柔順微定位平臺，對壓電陶瓷驅動器的輸出位移加以放大來增大微定位平臺的工作行程。

2、針對該微定位平臺，開展了結構設計、理論建模、有限元仿真、參數優(yōu)化和實驗測試等方面的研究，具體研究工作如下:
　　設計了一種基于橋式放大機構的改進型柔順微定位平臺。在分析位移放大機構及導向機構的基礎上，采用放大能力強、結構緊湊的橋式機構對驅動器的輸出位移進行放大，同時設計四桿對稱式運動導向機構，以抑制寄生位移的影響，保證微定位平臺的運動行程和定位精度。建立了更為精確的微定位平臺的靜/動力學模型。考慮負載對橋式機構的影響，基于卡式第二

3、定理和應變能理論建立了以柔性鉸鏈為主要特征的橋式機構靜力學模型，基于歐拉-伯努利梁理論建立了四桿對稱式運動導向機構的靜力學模型。在此基礎上，綜合建立微定位平臺的整體靜力學模型，并應用拉格朗日方程，建立了該平臺的動力學模型。通過與現(xiàn)有文獻中的研究成果對比驗證了本文所提出模型的精確性。
　　采用有限元方法對微定位平臺及其各組成機構的理論模型進行了仿真驗證，包括放大機構的位移放大比，運動導向機構的剛度特性，以及微定位平臺的靜力學和動力學

4、特性，同時對平臺寄生位移的抑制效果進行了評價。提出了一種多目標綜合優(yōu)化方法優(yōu)化設計平臺結構參數?；诮⒌撵o力學建模和動力學建模所得到的平臺的性能指標（位移放大比和固有頻率）與柔性鉸鏈尺寸參數之間的函數關系。針對各性能指標之間的相互制約關系，采用統(tǒng)一目標函數法中的線性加權組合法，建立了柔順微定位平臺的多目標優(yōu)化模型，對平臺的靜動態(tài)特性進行協(xié)調，進一步優(yōu)化選取平臺的尺寸參數。
　　最后進行了微定位平臺的實驗測試?；趦?yōu)化設計結果，加