杠杆-复桥式3D压电微定位平台设计与分析

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作者 金俊杰 王硕 +3 位作者 孙凤 郝岩松 徐方超 张晓友 《沈阳工业大学学报》 北大核心 2025年第2期214-222,共9页

【目的】针对目前微定位平台体积大、小行程的问题,提出了一种基于杠杆-复桥式的新型位移放大机构,设计了可实现大行程运动的三自由度压电微定位平台。【方法】首先,提出压电微定位平台的结构并分析其工作原理:压电驱动器产生初始位移,... 【目的】针对目前微定位平台体积大、小行程的问题,提出了一种基于杠杆-复桥式的新型位移放大机构,设计了可实现大行程运动的三自由度压电微定位平台。【方法】首先,提出压电微定位平台的结构并分析其工作原理:压电驱动器产生初始位移,该位移先被复桥结构放大,再通过杠杆机构进行二次放大,将最终放大的位移输出到动平台。其次,设计并优化杠杆位移放大机构和复桥位移放大机构,根据静力学、材料力学和弹性力学理论建立杠杆位移放大机构和复桥位移放大机构的刚度模型和位移放大比数学模型。根据理论模型对杠杆位移放大器和复桥位移放大器的尺寸进行优化,优化后的总体放大倍数为20.6。再次,对柔性铰链进行结构优化,针对4种典型的切口形状进行有限元仿真研究,在分析4种柔性铰链输出位移与输入力的关系后确定采用直梁型柔性铰链。对整体压电驱动微定位平台进行有限元仿真,分析压电陶瓷制动器变形放大后的位移输出性能和绕x轴、y轴的转动输出性能。最后,对所设计的压电驱动微定位平台进行输出测试,并对位移放大器的z轴方向位移输出性能和绕x轴、y轴的转动输出性能进行实验验证。【结果】有限元仿真结果显示,压电驱动微定位平台的动平台在z轴方向的输出位移最大约为740μm,仿真放大倍数为15,绕x轴、y轴的最大输出转动角度分别为0.83°和0.86°。压电驱动微定位平台的输出测试结果显示升压曲线与降压曲线不重合,具有迟滞现象,z方向的最大输出位移为706μm,当电压为30 V时,迟滞位移最大为65μm。绕x轴方向最大输出角度为0.8°,绕y轴方向最大输出角度为0.79°。当电压为30 V时,绕x轴方向迟滞角度最大为0.062°;当加载电压为45 V时,绕y轴方向迟滞角度最大为0.047°。与仿真结果对比,沿z轴方向移动以及绕x轴和y轴方向旋转的最大误差分别为34μm、0.03°和0.07°,其对应的最大相对误差分别为4.6%、3.6%和8.1%。【结论】基于杠杆-复桥式新型位移放大机构的压电微定位平台能有效解决压电陶瓷输出位移小的问题,实现了大行程运动。 展开更多

关键词 微定位平台 小行程 三自由度 柔性铰链 杠杆机构 复桥机构 有限元 最大误差

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并联机床驱动杆铰链位置误差分析 被引量：12

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作者 胡明 田文元 蔡光起 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第3期389-392,共4页

为提高并联机床运动精度,解决其铰链误差对运动精度的影响问题,以东北大学开发的3-PTP并联机床为分析对象,采用叠加原理,建立三自由度并联机构驱动杆铰链误差模型;采用矩阵范数分析驱动杆铰链误差对动平台终端运动精度的影响规律.分析表... 为提高并联机床运动精度,解决其铰链误差对运动精度的影响问题,以东北大学开发的3-PTP并联机床为分析对象,采用叠加原理,建立三自由度并联机构驱动杆铰链误差模型;采用矩阵范数分析驱动杆铰链误差对动平台终端运动精度的影响规律.分析表明,结构参数λ大,不利于减小工作空间内动平台位置误差的最小值,但对其最大值影响不大.该误差模型的建立为此并联机床进一步优化机构设计参数以及误差补偿奠定了基础. 展开更多

关键词 并联机床 运动精度 铰链误差 误差分析 矩阵范数

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直圆柔性球铰柔度矩阵的解析计算 被引量：15

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作者 姚建涛 李立建 +1 位作者 杨维 赵永生 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第7期1857-1863,共7页

基于线弹性和小变形假设理论,通过引入比例系数(直圆柔性球铰槽口间距与切割半径倍数之比)并利用其结构对称的特点,推导得到了形式较为简洁的直圆柔性球铰柔度矩阵各子元素的解析柔度计算公式。利用有限元仿真软件验证了所推公式的正确... 基于线弹性和小变形假设理论,通过引入比例系数(直圆柔性球铰槽口间距与切割半径倍数之比)并利用其结构对称的特点,推导得到了形式较为简洁的直圆柔性球铰柔度矩阵各子元素的解析柔度计算公式。利用有限元仿真软件验证了所推公式的正确性,并绘制了相应的误差曲线。结果表明:当比例系数小于0.2时,直圆柔性球铰各柔度计算公式的相对误差限均在11%以内;随着比例系数的增加,除沿x向的拉压柔度C11误差较小外,其他柔度计算公式的误差均呈增加的趋势,最大误差为30%。实验结果显示理论分析与仿真结果基本趋于一致,验证了直圆柔性球铰各柔度解析式的正确性。本文的研究内容为直圆柔性球铰在实际应用中的结构设计和参数优化奠定了理论基础。 展开更多

关键词 直圆柔性球铰 柔度矩阵 比例系数 仿真 误差曲线

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加工误差影响柔性铰链机构位移性能的有限元分析 被引量：8

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作者 沈剑英 杨世锡 +1 位作者 周庆华 严拱标 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第7期133-136,124,共5页

提出一种柔性铰链机构的参数化有限元建模方法,利用有限元软件ANSYS提供的参数化程序设计语言APDL编制程序,在ANSYS中自动生成有限元分析模型。采用该方法分析了柔性铰链最小厚度,切割半径、宽度的加工误差,以及切割圆弧轴心线绕x轴、y... 提出一种柔性铰链机构的参数化有限元建模方法,利用有限元软件ANSYS提供的参数化程序设计语言APDL编制程序,在ANSYS中自动生成有限元分析模型。采用该方法分析了柔性铰链最小厚度,切割半径、宽度的加工误差,以及切割圆弧轴心线绕x轴、y轴、z轴的转角误差对柔性铰链机构位移性能的影响情况。分析结果表明,柔性铰链最小厚度的加工误差是对柔性铰链机构位移性能影响最大的因素。 展开更多

关键词 柔性铰链机构 加工误差 有限元分析

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前馈控制算法校正相移微动台非线性运动 被引量：10

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作者 张春雷 刘健 +4 位作者 王绍治 史振广 代雷 彭利荣 向阳 《电子测量与仪器学报》 CSCD 2014年第8期879-884,共6页

压电陶瓷具有推力大,响应速度快,分辨率高和能耗低等优点,但其形变量小,所以需要位移放大机构对其形变量进行放大,实现长行程高分辨率位移。针对压电陶瓷作为驱动器,柔性铰链位移放大装置作为导向机构的相移微动台运动存在非线性问题,... 压电陶瓷具有推力大,响应速度快,分辨率高和能耗低等优点,但其形变量小,所以需要位移放大机构对其形变量进行放大,实现长行程高分辨率位移。针对压电陶瓷作为驱动器,柔性铰链位移放大装置作为导向机构的相移微动台运动存在非线性问题,采用多项式模型对其位移特性进行建模,通过求解逆多项式获得使其线性运动非线性电压,利用实验对非线性运动校正结果进行验证。实验结果表明,所采用前馈控制算法可以很好的校正相移微动台非线性运动,校正后相移台在x,y方向产生的最大相移误差为4°与3.2°,满足高精度相移干涉测量对相移台相移误差要求。 展开更多

关键词 压电陶瓷 柔性铰链 位移放大机构 非线性运动校正 相移误差

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直梁型柔性铰链制造误差对刚度性能影响的建模与分析 被引量：14

6

作者 秦宇 冯之敬 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第18期2182-2185,共4页

柔性铰链制造误差会影响铰链性能,为了减小柔性铰链性能对制造误差的敏感性,应用多变量函数Taylor级数展开的方法,建立了直梁型柔性铰链制造误差与其性能的对应关系。通过建立的直梁型柔性铰链参数与其性能关系图,分析了直梁型柔性铰链... 柔性铰链制造误差会影响铰链性能,为了减小柔性铰链性能对制造误差的敏感性,应用多变量函数Taylor级数展开的方法,建立了直梁型柔性铰链制造误差与其性能的对应关系。通过建立的直梁型柔性铰链参数与其性能关系图,分析了直梁型柔性铰链各参数变化对其性能的影响,并给出了对柔性铰链影响最大的关键加工参数和设计准则。 展开更多

关键词 直梁型柔性铰链 制造误差 误差传递函数 误差分析

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一体化微操作器误差分析与建模 被引量：5

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作者 纪华伟 杨世锡 吴昭同 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第3期136-140,共5页

为评价各种误差对微操作器精度的影响,以一体化超精密微操作器为研究对象,分析了加工误差、机构原理误差、测量误差、环境带来的误差以及驱动误差等造成微操作器精度降低的因素,建立了加工误差的偏微分方程解析模型,并用有限元仿真验证... 为评价各种误差对微操作器精度的影响,以一体化超精密微操作器为研究对象,分析了加工误差、机构原理误差、测量误差、环境带来的误差以及驱动误差等造成微操作器精度降低的因素,建立了加工误差的偏微分方程解析模型,并用有限元仿真验证了加工误差模型的准确性。在详细分析误差源的基础上,提出了提高微操作器精度的措施。 展开更多

关键词 微操作器 误差分析 柔性铰链 压电陶瓷

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单平行四杆柔性铰链机构的输出位移和耦合误差分析 被引量：15

8

作者 沈剑英 杨世锡 +2 位作者 周庆华 严拱标 曹坚 《机床与液压》 北大核心 2004年第3期27-28,116,共3页

本文建立了单平行四杆柔性铰链机构的输出位移和耦合误差的公式 ,并用有限元法分析其主要参数对输出位移和耦合误差的不同影响 ,指出耦合误差的存在对纳米级工作台的定位精度和分辨率有较大的影响。

关键词 柔性铰链机构 单平行四杆机构 输出位移 耦合误差

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弧矢压弯晶体的力学性能与形位误差分析 被引量：3

9

作者 凤良杰 董晓浩 +1 位作者 康乐 徐朝银 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第3期362-367,共6页

介绍了利用柔性铰链机构对弧矢聚焦双晶单色器中第二晶体进行动态压弯的工作原理，优化了压弯机构和晶体的几何参数，然后应用有限元方法模拟分析压弯装置与晶体的力学性质，最后分析了弯晶的形位误差并计算因此造成的弯晶光束入射角的... 介绍了利用柔性铰链机构对弧矢聚焦双晶单色器中第二晶体进行动态压弯的工作原理，优化了压弯机构和晶体的几何参数，然后应用有限元方法模拟分析压弯装置与晶体的力学性质，最后分析了弯晶的形位误差并计算因此造成的弯晶光束入射角的变化。分析结果表明：替换后单色器的水平接收角由1mrad增加到3mrad，样品上光斑的水平半高宽由12．5mm减小到2．5mm。优化后晶体因压弯产生的鞍形曲率半径约为弧矢曲率半径的1700倍，造成的入射角误差为2．2μrad；压弯装置上的最大平均应力约为800MPa，并由此确定了以铍青铜作为压弯机构的材料，晶体的曲率半径为0．57～1．72m和驱动力为8～2．67N时的线性关系。分析结果表明：该单色器的设计完全达到了设计指标，在提高光子通量和光子密度的同时又能满足XAFS光束线测量过程中需要频繁快速扫描的要求。 展开更多

关键词 弧矢聚焦 双晶单色器 柔性铰链 压弯机构 形位误差

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一种单兵雷达可展结构的误差分析 被引量：2

10

作者 王金伟 唐宝富 +1 位作者 赵希芳 蔡建国 《现代雷达》 CSCD 北大核心 2014年第4期77-81,共5页

文章对一种单兵雷达可展结构进行了运动过程的误差分析。首先,将单兵雷达可展结构中销接孔与销钉的间隙转化为剪式单元长度的变化,随后推导了可展结构中线阵天线的位置变化与剪式单元长度的关系式,进而得到线阵天线位置与原来位置的偏差... 文章对一种单兵雷达可展结构进行了运动过程的误差分析。首先,将单兵雷达可展结构中销接孔与销钉的间隙转化为剪式单元长度的变化,随后推导了可展结构中线阵天线的位置变化与剪式单元长度的关系式,进而得到线阵天线位置与原来位置的偏差,最后通过单元误差累加得出整体结构中线阵天线位置与原来位置的偏差。分析结果表明:销接误差的存在对于线阵天线位置的偏离有一定的影响,在误差累加之后,偏移量较大。 展开更多

关键词 可展结构 剪式铰 销接误差

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平面3自由度柔顺微动机器人加工误差分析 被引量：2

11

作者 晁代宏 刘荣 +1 位作者 吴跃民 石龙 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第7期757-761,共5页

在微/纳米级定位领域,误差分析是提高微动机器人运动精度的重要方法.其中,对加工误差的分析尤其关键.为此,对平面3自由度(DOF,DegreeofFreedom)柔性并联微动机器人的加工误差进行了研究.通过对机器人静刚度求解,建立了加工误差与其末端... 在微/纳米级定位领域,误差分析是提高微动机器人运动精度的重要方法.其中,对加工误差的分析尤其关键.为此,对平面3自由度(DOF,DegreeofFreedom)柔性并联微动机器人的加工误差进行了研究.通过对机器人静刚度求解,建立了加工误差与其末端执行器定位精度的关系模型.通过理论计算途径及有限元方法(FEM)讨论了各结构参数加工误差对末端精度的影响程度,结果表明柔性铰链圆弧切口半径误差以及铰链圆弧切口中心线角度偏差对机器人末端精度的影响最大.研究所得结论可用于指导此类机构设计,确定加工过程中各机构参数的公差要求,并有助于提高标定精度. 展开更多

关键词 微操作手 柔性铰链 并联机构 误差分析 有限元方法

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大失准角传递对准杆臂效应影响研究 被引量：3

12

作者 丁国强 马军霞 +1 位作者 熊明 乔相伟 《郑州大学学报（工学版）》 CAS 北大核心 2015年第2期110-114,共5页

从舰船舰载机惯导系统传递对准实际需要出发,针对刚性舰船载体分析杆臂效应对子惯导系统速度、加速度(比力)影响,在大角度失准角情形下引入标称失准角和计算失准角概念构建传递对准速度姿态匹配非线性误差模型,对系统误差模型展开状态... 从舰船舰载机惯导系统传递对准实际需要出发,针对刚性舰船载体分析杆臂效应对子惯导系统速度、加速度(比力)影响,在大角度失准角情形下引入标称失准角和计算失准角概念构建传递对准速度姿态匹配非线性误差模型,对系统误差模型展开状态参数估计研究,通过比较研究杆臂矢量对子惯导系统失准角估计误差及其对准精度的影响以及不同初始杆臂矢量对标称失准角估计误差及其精度影响情况,验证本模型在舰船舰载机惯导系统海上对准有效性及其对准精度. 展开更多

关键词 传递对准 杆臂效应误差 标称失准角 速度姿态匹配 误差补偿

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隔离开关传动机构的误差分析与研究 被引量：6

13

作者 李炜 刘明光 +2 位作者 田浩 宋超伟 钱学成 《高压电器》 CAS CSCD 北大核心 2018年第3期32-36,共5页

隔离开关传统的传动机构为交叉四连杆机构,机构中铰间隙的存在降低了机构的传动精度。文中基于连续接触模型对交叉四连杆机构建模,利用MATLAB对从动拐臂转动角度的误差值进行求解,得出当铰间隙达到4 mm时,转动角度误差值接近4°,引... 隔离开关传统的传动机构为交叉四连杆机构,机构中铰间隙的存在降低了机构的传动精度。文中基于连续接触模型对交叉四连杆机构建模,利用MATLAB对从动拐臂转动角度的误差值进行求解,得出当铰间隙达到4 mm时,转动角度误差值接近4°,引起导电臂的位置偏移为26.5 mm,且位置偏移与间隙值成近似线性增长关系。在此基础上,提出一种新型锥齿轮传动机构,并利用蒙特卡洛法对机构的传动精度进行分析,得出新型传动机构的传动误差均值为0.001°。与交叉四连杆机构相比,锥齿轮传动机构的传动精度提高99%以上,有利于开关分、合闸到位准确。 展开更多

关键词 交叉四连杆机构 铰间隙 锥齿轮传动机构 蒙特卡洛法 传动误差

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空间连杆机构运动可靠性分析方法及其应用 被引量：3

14

作者 万朝燕 赵旭 +1 位作者 赵天军 张俊林 《机械设计》 CSCD 北大核心 2015年第7期11-15,共5页

提出了一种空间连杆机构的运动可靠性分析方法。首先,延拓连续接触的有效长度模型至空间运动副;其次,完成机构的运动分析及受力分析,为Archard磨损理论的应用提供必要的数据;然后,将原始杆长尺寸误差、铰链间隙误差及磨损量误差均视为... 提出了一种空间连杆机构的运动可靠性分析方法。首先,延拓连续接触的有效长度模型至空间运动副;其次,完成机构的运动分析及受力分析,为Archard磨损理论的应用提供必要的数据;然后,将原始杆长尺寸误差、铰链间隙误差及磨损量误差均视为随机变量,基于诸影响因素均服从正态分布的假设,对机构进行运动可靠性分析数学建模及计算机编程计算。对铁路货车底门双PSSR型空间连杆机构运动进行可靠性分析,验证了此方法的实用性及有效性。 展开更多

关键词 空间连杆机构 运动可靠性 铰链间隙误差 磨损 数学建模

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高速剑杆织机共轭凸轮引纬机构运动精度分析 被引量：3

15

作者 袁汝旺 刘瑀 +1 位作者 周国庆 龚文强 《天津工业大学学报》 CAS 北大核心 2019年第3期82-88,共7页

为提高高速剑杆织机共轭凸轮引纬机构运动平稳性、运动精度及纬纱交接可靠性等,建立含尺寸误差与运动副间隙的凸轮机构、铰接四杆机构和齿轮机构及其串联组成的共轭凸轮引纬机构运动精度误差模型,结合概率统计法进行运动学仿真分析,揭... 为提高高速剑杆织机共轭凸轮引纬机构运动平稳性、运动精度及纬纱交接可靠性等,建立含尺寸误差与运动副间隙的凸轮机构、铰接四杆机构和齿轮机构及其串联组成的共轭凸轮引纬机构运动精度误差模型,结合概率统计法进行运动学仿真分析,揭示凸轮、铰接四杆与齿轮机构误差对剑头运动精度误差及引纬工艺的影响规律。结果表明:凸轮机构在剑头位移误差影响中占比最大,约为48%,铰接四杆机构和齿轮机构对剑头位移误差影响的占比分别约为35%和17%,提高凸轮机构加工精度可改善机构运动精度;机构运动精度误差引起剑头进出梭口的时间改变,剑杆在交接过程中的位移偏差为-4.09~3.23 mm,加速度的偏差均值约为13.07×10^2 m/s^2,从而产生较大惯性力与剑杆的动态变形,致使纬纱交接失误。 展开更多

关键词 高速剑杆织机 共轭凸轮 引纬机构 尺寸误差 运动副间隙 运动精度

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挖掘机工作装置挖掘力及铰点受力仿真分析 被引量：7

16

作者 刘文国 周宏兵 +1 位作者 吴伟胜 杨梅钦 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2015年第10期1482-1487,共6页

利用三维造型软件Pro/e及动力学仿真软件ADAMS,搭建了某大型挖掘机SH700-5的虚拟样机模型。为获得铲斗以及斗杆最大挖掘力值,依据挖掘力国标测试方法对工作装置挖掘力进行了仿真测试,并与理论计算值进行了对比,结果表明,两种挖掘方式下... 利用三维造型软件Pro/e及动力学仿真软件ADAMS,搭建了某大型挖掘机SH700-5的虚拟样机模型。为获得铲斗以及斗杆最大挖掘力值,依据挖掘力国标测试方法对工作装置挖掘力进行了仿真测试,并与理论计算值进行了对比,结果表明,两种挖掘方式下工作装置自重对挖掘力大小分别有约4%与8%的提升作用。为研究挖掘作业过程中各铰点受力变化情况,分别按照铲斗挖掘以及斗杆挖掘方式驱动工作装置活塞杆动作,在铲斗上加载阻力,对挖掘作业过程进行模拟仿真,得到了关键铰点连续变化的受力曲线,结果表明,动臂与斗杆连接铰点受力最大,其瞬间受力最大值与挖掘阻力最大值之比分别为4.69与7.13。 展开更多

关键词 ADAMS 虚拟样机 工作装置 挖掘力 铰点受力

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6自由度超精密线性定位系统误差检测与补偿方法 被引量：2

17

作者 李文杰 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2018年第12期74-77,共4页

为提高精密定位系统几何误差、热诱导误差以及动态误差检测精度,基于刚度高、相应速度快的并联柔性铰链机构提出一种6自由度超精密线性定位系统,并对该定位系统的全范围运动进行了测量,用运动学方法计算每个执行机构所需的位移量用于补... 为提高精密定位系统几何误差、热诱导误差以及动态误差检测精度,基于刚度高、相应速度快的并联柔性铰链机构提出一种6自由度超精密线性定位系统,并对该定位系统的全范围运动进行了测量,用运动学方法计算每个执行机构所需的位移量用于补偿误差;同时提出一种基于递推法的误差补偿算法,提高了系统的定位精度;通过对5自由度直线性平台误差的实时测量和补偿,研究了6自由度超精密线性定位系统的有效性。在实际应用中,平移和旋转误差的峰谷误差分别降低了89%和93%,证明了递推补偿算法的有效性。 展开更多

关键词 补偿 柔性铰链 几何误差 定位精度

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间隙对直线导路机构直线度影响分析 被引量：1

18

作者 贲宏艳 张旭滨 《东北重型机械学院学报》 CAS 1997年第2期111-117,共7页

提出了动态下求解运动副间隙方向的误差逼近法．给出了近似直线不直度的计算公式，利用该公式可直接计算出近似直线轨迹最大误差和每一点沿近似直线垂直方向上的误差．

关键词 直线导路机构 运动副间隙 误差分析 间隙 连杆

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基于有限元的柔性铰链微位移机构研究 被引量：2

19

作者 刘庆纲 陈良泽 +3 位作者 梁君 刘美欧 孙庚 徐临燕 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2015年第7期985-988,共4页

针对传统压电陶瓷器件应用于微位移技术中难以实现高精度的问题,提出了一种柔性铰链微位移机构,对该机构的运动特性进行了理论分析,并利用有限元方法进行了仿真验证。研究了铰链间距及其关键几何参数对微位移机构性能的影响。结果表明:... 针对传统压电陶瓷器件应用于微位移技术中难以实现高精度的问题,提出了一种柔性铰链微位移机构,对该机构的运动特性进行了理论分析,并利用有限元方法进行了仿真验证。研究了铰链间距及其关键几何参数对微位移机构性能的影响。结果表明:有限元仿真结果和理论分析结果相一致,利用ANSYS仿真可以确定几何参数对微位移机构性能的影响,结合理论分析可以提高微位移机构的设计效率和准确性,避免纯粹理论计算在结构设计上缺少仿真分析支撑的问题。实验结果验证了本文设计的微位移机构应用于超精密加工中具有很高的精度。 展开更多

关键词 微位移机构 柔性铰链 有限元法 位移放大比

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铰链间隙对连杆曲线误差影响的实验研究 被引量：1

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作者 贲宏艳 张旭滨 《东北重型机械学院学报》 CAS 1997年第3期201-203,共3页

提出了一种研究直线导路机构的实验装置 .通过拍照得到运动状态下的连杆曲线和误差曲线 ,并进行了对比 .实验结果表明 。

关键词 铰链 连杆 曲线误差 直线导路机构

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