基于粘滑驅(qū)動(dòng)原理的精密旋轉(zhuǎn)定位臺(tái)的研究.pdf

1、納米操作系統(tǒng)是指對(duì)納米尺度物體進(jìn)行操作或者是操作精度在納米級(jí)的操作系統(tǒng)。基于SEM(掃描電子顯微鏡)的納米操作系統(tǒng)由于其腔室空間大、能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像反饋等特點(diǎn),目前獲得了較為廣泛的應(yīng)用。精密定位工作臺(tái)是納米操作系統(tǒng)的重要組成部分,其性能決定了整個(gè)納米操作系統(tǒng)的操作質(zhì)量,因此一個(gè)運(yùn)行穩(wěn)定、性能優(yōu)良的精密定位工作臺(tái)對(duì)納米操作系統(tǒng)具有重要意義。粘滑驅(qū)動(dòng)是一種依靠摩擦力和慣性的新型驅(qū)動(dòng)方式,采用這種驅(qū)動(dòng)方式的定位工作臺(tái)具有外形尺寸小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以

2、及分辨率高等特點(diǎn)。本文的研究目標(biāo)是研制一套基于粘滑驅(qū)動(dòng)原理的精密旋轉(zhuǎn)定位臺(tái)系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠作為基于SEM納米操作系統(tǒng)的組成單元應(yīng)用于SEM下納米操作中。
　　基于粘滑驅(qū)動(dòng)原理,本文首先對(duì)精密旋轉(zhuǎn)定位臺(tái)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。使用壓電陶瓷作為動(dòng)力源,采用了將直線位移轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)位移的傳動(dòng)方案,并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)直線位移到旋轉(zhuǎn)位移的轉(zhuǎn)換,采用彈簧預(yù)緊的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)摩擦力的調(diào)整。最終設(shè)計(jì)的精密旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)具有體積小、重量輕、穩(wěn)定性好以及

3、360°無(wú)限旋轉(zhuǎn)等特點(diǎn)。
　　為了從理論上模擬精密旋轉(zhuǎn)定位臺(tái)的運(yùn)動(dòng)并分析各個(gè)參數(shù)對(duì)其運(yùn)動(dòng)的影響,本文建立了精密旋轉(zhuǎn)定位臺(tái)的動(dòng)力學(xué)模型。在動(dòng)力學(xué)模型中通過(guò)對(duì)比采用LuGre動(dòng)態(tài)摩擦模型來(lái)表征摩擦力。利用MATLAB/Simulink對(duì)所建立的動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行仿真研究,結(jié)果表明所建立的動(dòng)力學(xué)模型能較好的反映工作臺(tái)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀況。
　　為了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)精密旋轉(zhuǎn)定位臺(tái)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制,基于USB通信建立了定位臺(tái)的控制系統(tǒng)。分別利用VC++