面向细胞微操作的柔性并联压电定位台设计与实验

1

作者 康升征 王浩文 《光学精密工程》 北大核心 2025年第2期220-235,共16页

为实现细胞级的操作如细胞捕获、切割、分离及注射,本文设计了一种面向生物细胞工程的柔性并联压电定位台,并对其进行了建模、仿真和测试。该定位台由动平台、底座、三级放大机构和三个压电作动器组成。压电作动器所产生的位移经三级放... 为实现细胞级的操作如细胞捕获、切割、分离及注射,本文设计了一种面向生物细胞工程的柔性并联压电定位台,并对其进行了建模、仿真和测试。该定位台由动平台、底座、三级放大机构和三个压电作动器组成。压电作动器所产生的位移经三级放大机构进行放大,并通过反馈控制实现定位台的精确运动,从而达到目标定位效果。在设计过程中,采用了伪刚体法结合柔性铰链刚度计算模型对该机构进行运动静力学分析。利用Lagrange方程,采用集中质量法建立所设计的柔性并联压电定位台动力学模型。在确定结构参数后,对其进行了有限元分析,以验证推导出的理论模型,仿真结果表明:理论与仿真模型的误差小于10%,该机构能够实现大行程以及较高频率的运动。此外,还搭建了柔性并联压电定位台样机系统,进行了实验测试,以评估其开环和闭环性能。实验结果表明:所设计的定位台具有125μm×126μm的工作行程,X和Y方向上的固有频率分别为128.9 Hz,132.8 Hz,相应的运动分辨率均优于400 nm。 展开更多

关键词 细胞微操作 压电作动器 柔性并联机构 微定位平台

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杠杆-复桥式3D压电微定位平台设计与分析

2

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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基于谐响应分析的柔性定位平台多目标优化研究

3

作者 张璐凡 胡梦远 +1 位作者 闫恒 孙贺贺 《制造技术与机床》 北大核心 2025年第6期150-159,共10页

为提升超高加速度宏微运动平台关键机构柔性定位平台的精度与稳定性,研究平台在特定激励下的动态响应。使用SolidWorks和Ansys Workbench对柔性定位平台进行谐响应分析,采用模态叠加法,得到柔性定位平台的固有特性,工况中压电致动器提... 为提升超高加速度宏微运动平台关键机构柔性定位平台的精度与稳定性,研究平台在特定激励下的动态响应。使用SolidWorks和Ansys Workbench对柔性定位平台进行谐响应分析,采用模态叠加法,得到柔性定位平台的固有特性,工况中压电致动器提供微动平台位移定位,获得位移频率响应曲线。通过峰值响应云图,确定柔性定位平台铰链处为实际载荷作用下的危险区域。最后利用响应面优化方法对柔性定位平台危险区域进行优化设计,并验证优化后的模型。研究数据表明,柔性定位平台一阶固有频率增加3.7%,X轴、Y轴和Z轴最大振幅响应分别降低,整体结构更加平稳,为含柔性铰链定位平台的结构设计以及激励下的响应研究提供有价值的参考依据。 展开更多

关键词 超高加速度宏微运动平台 柔性定位平台 危险区域 谐响应分析 优化设计

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基于传递矩阵法的柔性微定位平台动态特性研究

4

作者 徐伟胜 许添旗 +1 位作者 马慧欣 曹毅 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期3566-3577,共12页

随着精密微定位技术的发展,对柔性微定位平台的动态特性研究越发重要。传递矩阵法(TMM)作为分析多体系统动力学的一种有效方法,具有建模方便、计算精度高等优势。为此,基于传递矩阵法建立微定位平台的动力学模型,以分析其动态特性。介... 随着精密微定位技术的发展,对柔性微定位平台的动态特性研究越发重要。传递矩阵法(TMM)作为分析多体系统动力学的一种有效方法,具有建模方便、计算精度高等优势。为此,基于传递矩阵法建立微定位平台的动力学模型,以分析其动态特性。介绍传递矩阵法的基本思想并建立柔性机构的传递方程,推导了其在任意激励下的瞬时动力响应;基于柔性铰链和柔性梁设计了一种XY柔性微定位平台并推导出其支链及平台整体的传递矩阵;基于振动理论推导了平台主要特征单元的传递矩阵;最后,为验证理论模型的有效性,分别基于传递矩阵法、有限元法(FEM)及等效质量法(EMM)开展了对该平台固有频率和瞬时动力响应的研究。结果表明:基于传递矩阵法程式化地构建传递矩阵即可分析平台动力学特性,无须建立烦琐的动力学方程;相较于等效质量法,传递矩阵法可计算平台的高阶固有频率;平台固有频率理论值同仿真值最大相对误差仅为2.4%,动力响应理论值与仿真值基本吻合,证明了基于传递矩阵法所建模型的有效性。 展开更多

关键词 传递矩阵法 柔性机构 微定位平台 固有频率 瞬时动力响应

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3-PPP型柔性并联微定位平台的设计与分析 被引量：9

5

作者 王保兴 孟刚 +2 位作者 林苗 李巍 曹毅 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期798-807,共10页

为解决现有空间平动柔性并联微定位平台(CPMS)结构布局不紧凑,且多轴驱动时各运动副的寄生运动相互累加,导致平台耦合误差增大的问题。首先,设计了一种基于柔性薄板的分布柔度式3-PPP型柔性并联微定位平台。其次,通过结构优化减小了平... 为解决现有空间平动柔性并联微定位平台(CPMS)结构布局不紧凑,且多轴驱动时各运动副的寄生运动相互累加,导致平台耦合误差增大的问题。首先,设计了一种基于柔性薄板的分布柔度式3-PPP型柔性并联微定位平台。其次,通过结构优化减小了平台的体积,并消除了支链中移动副寄生运动的累加现象。然后,基于柔度矩阵法建立了平台的输入刚度理论模型,并采用有限元仿真验证了理论模型的正确性;同时计算了平台的固有频率,并探究了其与柔性薄板尺寸参数之间的关系。最后,将结构优化前后的平台通过有限元仿真进行了对比分析。结果表明:结构优化后平台的体积减小了67%,且平台在单轴和多轴驱动时均具有更优的运动解耦特性和输入输出一致性。 展开更多

关键词 柔性并联微定位平台(cpms) 柔度矩阵 耦合误差 固有频率 有限元仿真

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柔性铰链微定位平台的设计 被引量：60

6

作者 马立 谢炜 +1 位作者 刘波 孙立宁 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期338-345,共8页

设计了一种以平行板铰链机构进行导向,以桥式机构进行位移放大的新型压电陶瓷驱动微定位平台。应用弹性力学和材料力学理论建立该平台的桥式放大机构和平行板铰链机构的理论模型,分析了平台的驱动力、输出位移、刚度和固有频率,并运用Ma... 设计了一种以平行板铰链机构进行导向,以桥式机构进行位移放大的新型压电陶瓷驱动微定位平台。应用弹性力学和材料力学理论建立该平台的桥式放大机构和平行板铰链机构的理论模型,分析了平台的驱动力、输出位移、刚度和固有频率,并运用Matlab软件优化了桥式机构铰链长度、厚度,平行板铰链长度及厚度等几何参数,获得了微定位平台的最优值。对优化后的结果进行了有限元仿真,并搭建了测试系统对平台性能进行了测试。测试结果显示,理论分析与实验结果的最大误差为9.8%,有限元分析与实验结果的最大误差为4.2%,得到的结果验证了理论分析和有限元分析的正确性,实现了平台体积小,放大倍数高,位移输出大的设计目标。 展开更多

关键词 微定位平台 桥式机构 平行板机构 柔性铰链 有限元分析 优化设计

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四种不同柔性铰链的三自由度微定位平台性能比较 被引量：13

7

作者 胡俊峰 徐贵阳 《机械设计与制造》 北大核心 2014年第2期127-129,共3页

为了研究柔性铰链形式对微定位平台性能的影响,对正圆、椭圆、直角和三角柔性铰链的三自由度平台的静态和动态特性进行比较分析。采用有限元软件ANSYS对其特性进行比较分析,分析结果可得如下结论:不同平台的柔度有较大的差别,直角铰链... 为了研究柔性铰链形式对微定位平台性能的影响,对正圆、椭圆、直角和三角柔性铰链的三自由度平台的静态和动态特性进行比较分析。采用有限元软件ANSYS对其特性进行比较分析,分析结果可得如下结论:不同平台的柔度有较大的差别,直角铰链平台柔度最大,三角铰链平台最小,正圆和椭圆柔性铰链柔度相近;铰链形式对平台运动性能有较大的影响,直角柔性铰链平台相对于其他平台具有更小的转角;不同铰链平台在各个方向的位移灵敏度存在差异,圆形铰链平台在各个方向具有更高的灵敏度;柔性铰链形式对平台的固有频率影响较大,直角铰链平台固有频率最小,三角铰链平台最大,正圆柔性铰链和椭圆柔性铰链柔度相近。综合不同柔性铰链平台的性能发现圆形铰链平台具有较好的综合性能。 展开更多

关键词 微定位平台 柔度 3-RRR柔顺并联机构 灵敏度 性能比较

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大位移并联平面三自由度微定位平台设计 被引量：2

8

作者 韩慧 刘丽 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2021年第6期73-75,共3页

微定位平台是能够实现微米级别定位或调整精度的柔性微动系统。扩大运动行程、提高固有频率是微定位平台的主要研究问题,通过三个放大机构相互制约,相互影响,设计一种大行程、高刚度、结构紧凑的平面三自由度微定位平台。平台的驱动方... 微定位平台是能够实现微米级别定位或调整精度的柔性微动系统。扩大运动行程、提高固有频率是微定位平台的主要研究问题,通过三个放大机构相互制约,相互影响,设计一种大行程、高刚度、结构紧凑的平面三自由度微定位平台。平台的驱动方式采用压电驱动,压电陶瓷采用并联的方式。介绍了该平台的建模、计算和仿真分析。设计的平台的X和Y方向运动范围为185.8μm。载物台为边长32 mm的等边三角形,有效提高了结构的刚度和稳定性。 展开更多

关键词 微定位平台 大行程 并联 仿真分析

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大行程推拉电磁驱动微定位平台的内环阻尼与迭代学习控制 被引量：2

9

作者 刘昊 赖磊捷 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2024年第7期1238-1243,共6页

为了解决音圈电机驱动柔性微定位平台驱动力小和低阻尼谐振等问题,本文采用两侧音圈电机的推拉模式来提升驱动力的大小,并且利用内环阻尼控制器结合迭代学习控制方法来实现平台的精准控制。首先,搭建了互补配置的双音圈电机驱动双平行... 为了解决音圈电机驱动柔性微定位平台驱动力小和低阻尼谐振等问题,本文采用两侧音圈电机的推拉模式来提升驱动力的大小,并且利用内环阻尼控制器结合迭代学习控制方法来实现平台的精准控制。首先,搭建了互补配置的双音圈电机驱动双平行四边形柔性机构的微定位平台。其次,设计了内环阻尼速度反馈控制器。然后,采用逆模型迭代学习控制方法来进一步消除周期性的干扰和误差。最后进行了跟踪实验。结果表明:在跟踪1 Hz和2.5 Hz的正弦波时,相比于PI控制,最大误差分别减少74.6%和68.6%,满足微定位平台精准控制的要求。 展开更多

关键词 阻尼控制 迭代学习控制 微定位平台 音圈电机 柔性机构

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大行程解耦微定位平台的设计与研究

10

作者 胡高峰 逯俊体 +1 位作者 贾传明 戚厚军 《压电与声光》 CAS 北大核心 2024年第4期555-561,共7页

针对目前研制的微定位平台行程小及耦合误差大等问题,提出了一种由压电作动器(PEA)驱动的二自由度微定位平台,设计了由二级杠杆放大机构和Scott-Russell机构串联组成的三级位移放大器,以扩大工作行程。采用平行轴式直圆型柔性铰链与并... 针对目前研制的微定位平台行程小及耦合误差大等问题,提出了一种由压电作动器(PEA)驱动的二自由度微定位平台,设计了由二级杠杆放大机构和Scott-Russell机构串联组成的三级位移放大器,以扩大工作行程。采用平行轴式直圆型柔性铰链与并联构型的双复合式平行移动副消除运动耦合误差。通过有限元仿真和实验对平台性能进行了分析与测试。结果表明,设计的微定位平台工作行程超过170μm×170μm,耦合误差小于1.2%,位移分辨率可达5 nm,信号跟踪误差最大为2.16%,验证了微定位平台的定位精度和模型的正确性。 展开更多

关键词 微定位平台 柔性机构 解耦XY平台 运动耦合误差 性能测试

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音圈电机驱动微定位平台线性自抗扰滑模控制 被引量：1

11

作者 王雯雯 赖磊捷 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2024年第3期101-104,共4页

针对音圈电机驱动柔性微定位平台控制速度和精度低以及抗干扰能力弱等问题,设计了一种将滑模控制和线性自抗扰控制相结合的复合控制器来提高平台系统的控制性能。首先,搭建了音圈电机驱动复合双平行四杆柔性机构的微定位平台和实验系统... 针对音圈电机驱动柔性微定位平台控制速度和精度低以及抗干扰能力弱等问题,设计了一种将滑模控制和线性自抗扰控制相结合的复合控制器来提高平台系统的控制性能。首先,搭建了音圈电机驱动复合双平行四杆柔性机构的微定位平台和实验系统,并进行了系统辨识;其次,设计了线性自抗扰控制器,利用线性扩张状态观测器估计系统的内外扰动并在线进行扰动补偿,针对线性自抗扰控制器性能优化上的局限性,提出滑模控制器解决相位滞后问题来进一步提升轨迹跟踪精度;最后,利用所搭建的实验平台对控制方法进行了实验验证。结果表明,滑模和线性自抗扰复合控制器能够很好地克服内外干扰,与经典PID控制和单独的线性自抗扰控制相比,跟踪正弦波信号的最大误差分别减小了52.98%和21.26%,满足了微定位平台高精高速的控制要求。 展开更多

关键词 自抗扰控制 滑模控制 微定位平台 音圈电机 柔性机构

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3自由度混合柔性铰链微定位平台的设计与分析 被引量：4

12

作者 黄兴山 卢清华 何琼 《机床与液压》 北大核心 2018年第7期102-104,共3页

为了提高3自由度并联微定位平台的性能,研究了一种新型的混合柔性铰链微定位平台,它由正圆柔性铰链和直角柔性铰链组成。根据正圆柔性铰链和直角柔性铰链的不同特性,设计出了新型的混合柔性铰链微定位平台。先建立传统的3-RRR柔性铰链... 为了提高3自由度并联微定位平台的性能,研究了一种新型的混合柔性铰链微定位平台,它由正圆柔性铰链和直角柔性铰链组成。根据正圆柔性铰链和直角柔性铰链的不同特性,设计出了新型的混合柔性铰链微定位平台。先建立传统的3-RRR柔性铰链微定位平台和新型的混合柔性铰链微定位平台模型。再通过有限元分析软件,比较了新型混合柔性铰链微定位平台和传统的3-RRR柔性铰链微定位平台的柔度和灵敏性。结果表明,混合型柔性铰链微定位平台较传统的3-RRR柔性铰链微定位平台有更好的性能。 展开更多

关键词 微定位平台 混合 柔性铰链 有限元分析

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大行程柔性微定位平台的伴生转动分析 被引量：2

13

作者 孟刚 黄河 +2 位作者 吴伟官 居勇健 曹毅 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期665-673,共9页

大行程柔性微定位平台在运动过程中不可避免地产生伴生转动现象,并对其定位精度造成消极影响。为降低伴生转动对平台定位精度的影响,提出一种基于柔性杆的三移一转(3-PPPR)型大行程柔性微定位平台,基于线弹性梁理论模型并考虑柔性杆轴... 大行程柔性微定位平台在运动过程中不可避免地产生伴生转动现象,并对其定位精度造成消极影响。为降低伴生转动对平台定位精度的影响,提出一种基于柔性杆的三移一转(3-PPPR)型大行程柔性微定位平台,基于线弹性梁理论模型并考虑柔性杆轴向形变,对两移一转(PPR)柔性运动副伴生转角进行了理论建模,并基于此完成了对所提平台在单轴、双轴及三轴驱动时产生伴生转角的理论分析;再采用有限元分析对理论模型进行验证。最后探究了柔性杆尺寸参数与平台伴生转角之间的灵敏度关系,为所提平台性能提升奠定了基础,并据此提出了改善所提平台运动性能的优化方案。结果表明:3种驱动条件下平台伴生转角理论值与仿真值最大相对误差为2.46%。 展开更多

关键词 柔性微定位平台 伴生转动 多轴驱动 有限元仿真 灵敏度分析

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微/纳米定位平台的动态特性分析与试验 被引量：11

14

作者 林超 俞松松 +3 位作者 程凯 崔新辉 陶友淘 王静超 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第8期1375-1381,1396,共8页

为了分析微/纳传动平台的动态特性,应用拉格朗日方程,建立5自由度微/纳米定位平台的动力学模型,推导出固有频率及阶跃响应的解析式.采用有限元方法,仿真得到平台的前5阶固有频率和模态阵型.在不同驱动频率和不同加载下,分别进行静、动... 为了分析微/纳传动平台的动态特性,应用拉格朗日方程,建立5自由度微/纳米定位平台的动力学模型,推导出固有频率及阶跃响应的解析式.采用有限元方法,仿真得到平台的前5阶固有频率和模态阵型.在不同驱动频率和不同加载下,分别进行静、动态试验,结果表明,平台的开环调节时间为0.812s;驱动频率为100Hz时,发生共振现象;加载小于10N时,平台具有较好的稳定性;动态试验得到压电陶瓷、电容传感器和平台的分辨率分别为4、10和45nm,且平台的重复定位精度为0.6μm. 展开更多

关键词 微/纳米定位平台 柔性机构 压电陶瓷驱动器 动态特性

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一种高精度大行程2R1T并联定位平台 被引量：6

15

作者 卢倩 陈西府 +1 位作者 黄卫清 孙梦馨 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期148-157,共10页

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... 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。 展开更多

关键词 精密定位平台 并联机构 大行程 柔性铰链

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六自由度微位移定位平台的设计与试验 被引量：3

16

作者 季瑞南 金家楣 张建辉 《振动．测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2019年第6期1264-1270,1363,共8页

压电叠堆与柔性机构构成了微位移的基本形式,其行程与精度、输出力的矛盾需要结合应用要求对结构进行综合设计。针对所构建的超精密加工工具对六自由度微位移的需求,提出了一种以压电叠堆作为驱动元件,以柔性铰链和楔形机构作为传动机... 压电叠堆与柔性机构构成了微位移的基本形式,其行程与精度、输出力的矛盾需要结合应用要求对结构进行综合设计。针对所构建的超精密加工工具对六自由度微位移的需求,提出了一种以压电叠堆作为驱动元件,以柔性铰链和楔形机构作为传动机构的空间六自由度微位移定位平台。由于压电叠堆需要一定的预紧力才能发挥其微位移精度和输出力的优势,通过静力分析,得出了微位移平台各个自由度驱动力和位移输出关系的表达式及刚度表达式,对结构进行了优化。试验表明,各自由度的行程与分辨率如下:x,y,z方向的最大位移分别为7.48,8.33和4.14μm,分辨率为0.01μm;沿θx,θy,θz方向的最大旋转角度均为0.13°,分辨率为0.01°,满足所构建的超精密加工工具定位的精度要求。试验获得了微位移定位平台的激励电压与各自由度位移输出曲线,为平台的运动、定位控制提供了依据,也为柔性铰链机构和楔形机构在其他结构中的应用提供了理论依据和试验基础。 展开更多

关键词 六自由度 微定位平台 压电叠堆 柔性机构 楔形机构

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含折叠梁型移动副的微定位平台刚度研究

17

作者 宫金良 张彦斐 胡光学 《机械设计》 CSCD 北大核心 2012年第8期11-14,共4页

介绍了一种基于压电陶瓷驱动器驱动的二维微定位平台。在结构上,定位平台采用多功能微驱动接口模块实现位移的增倍输出,采用折叠梁型弹性移动副实现平台的低阻力特性。因此,整体平台不但具有结构紧凑的特点,也达到了最大限度增大运动范... 介绍了一种基于压电陶瓷驱动器驱动的二维微定位平台。在结构上,定位平台采用多功能微驱动接口模块实现位移的增倍输出,采用折叠梁型弹性移动副实现平台的低阻力特性。因此,整体平台不但具有结构紧凑的特点,也达到了最大限度增大运动范围的目的。基于悬臂梁结构的单元刚度矩阵,推导了这种折叠梁型弹性移动副的刚度。将文中提出的新型二维微定位平台结构划分为6部分并分别建立了相应的刚度矩阵,根据具体的链接关系将6个子刚度矩阵联立获得微定位平台整体刚度的数学模型。最后给出了运算实例,验证了上述刚度分析方法的正确性。 展开更多

关键词 微定位平台 柔性铰链 刚度

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电磁驱动柔顺微定位平台闭环频域逆迭代学习控制 被引量：9

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作者 张旭 赖磊捷 +1 位作者 李朋志 朱利民 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期2149-2157,共9页

为了克服音圈电机电磁驱动柔顺微定位平台在大行程范围内存在的低阻尼谐振和动力学特性差异等问题,利用综合数据驱动频域逆迭代前馈补偿和含相位超前校正PI反馈控制的复合闭环频域逆迭代学习控制方法对其进行高速高精控制。首先,搭建了... 为了克服音圈电机电磁驱动柔顺微定位平台在大行程范围内存在的低阻尼谐振和动力学特性差异等问题,利用综合数据驱动频域逆迭代前馈补偿和含相位超前校正PI反馈控制的复合闭环频域逆迭代学习控制方法对其进行高速高精控制。首先,搭建了音圈电机驱动双平行四边形柔性机构微定位系统,并针对不同工作点位进行了动力学模型辨识。然后,为提高系统相对稳定性,设计了含相位超前校正环节的PI反馈控制器。同时,利用输入输出数据对系统频响函数进行在线逆估计并进行前馈补偿,来进一步消除谐振的影响。最后,利用所提出的控制方法进行了跟踪实验并与其它方法进行了对比。实验结果表明,提出的控制方法对三角波期望轨迹的最大跟踪误差为0.175%,相比于PID控制、相位超前PI控制、传递函数逆模型前馈控制,跟踪均方根误差分别减少了8.75,5.43和2.21倍,能够较好满足大行程微纳米定位跟踪精度高、速度快、抗干扰能力强的要求。 展开更多

关键词 音圈电机 微定位平台 柔性机构 相位超前 频域逆迭代

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用于共聚焦显微镜物镜微调压电Z轴定位平台设计 被引量：1

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作者 王海军 路崧 +1 位作者 刘正锋 李明雨 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2020年第4期85-89,共5页

针对共聚焦显微镜检测系统光学成像中物镜成像质量不稳定,要求定位精度高、安装空间小等问题,设计了一个基于倒圆角直梁型柔性铰链的压电Z轴物镜定位平台。采用带有应变片传感器的压电陶瓷作为动力驱动,单平行四杆机构为放大机构对压电... 针对共聚焦显微镜检测系统光学成像中物镜成像质量不稳定,要求定位精度高、安装空间小等问题,设计了一个基于倒圆角直梁型柔性铰链的压电Z轴物镜定位平台。采用带有应变片传感器的压电陶瓷作为动力驱动,单平行四杆机构为放大机构对压电陶瓷产生的位移进行高线性放大。通过计算出倒圆角直梁型柔性铰链的刚度,推导出物镜定位平台的输出位移以及系统容许设计最大刚度,利用ANSYS对物镜定位平台进行了静力学、模态分析验证。文中选用PZT压电陶瓷规格5 mm×5 mm×36 mm,利用压电控制器BP-303检测陶瓷实时位移以及提供0~150 V电压斜坡信号,物镜定位平台输出端位移由传感器测得,实际输出位移与理论计算结果、仿真分析结果分别相差2.02%、3.8%,定位台输出端最大输出位移为101.4μm,最小调节分辨率为0.33 nm,系统谐振频率为618.84 Hz,满足物镜的快速聚焦和定位需求。 展开更多

关键词 光学成像 原子力显微镜 微定位平台 压电陶瓷 直梁型柔性铰链 数值分析

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基于二级杠杆机构的二自由度微定位平台设计与分析 被引量：8

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作者 李玄 周双武 +1 位作者 路松 丁冰晓 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2020年第4期533-540,共8页

针对由压电陶瓷驱动的微定位平台工作行程不足的问题,设计了一种基于二级杠杆机构的二自由度微定位平台。考虑到不同柔性铰链的物理特性,通过差异化的铰链组合方式来优化新型二自由度微定位平台的性能,使其具有较快响应速度和大范围输... 针对由压电陶瓷驱动的微定位平台工作行程不足的问题,设计了一种基于二级杠杆机构的二自由度微定位平台。考虑到不同柔性铰链的物理特性,通过差异化的铰链组合方式来优化新型二自由度微定位平台的性能,使其具有较快响应速度和大范围输出位移。基于拉格朗日定理,构建了新型二自由度微定位平台的刚度模型,并推导了其固有频率的解析表达式。有限元仿真结果表明,该二自由度微定位平台刚度模型的误差较小,验证了刚度建模方法的准确性和可靠性。研究结果可为柔性精密微定位平台的构型设计和建模分析提供一定的理论指导。 展开更多

关键词 微定位平台 杠杆机构 有限元仿真 柔性铰链 刚度分析

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