一、基于微操作的大行程高分辨率旋转微驱动器的研究（论文文献综述）
钱俊男[1]（2021）在《新型3-RCU柔性并联微操作平台的设计与分析》文中研究表明目前,微操作平台是航空航天工程、纳米科学与技术、精密加工制造、集成电路制造以及生物医疗等领域的研究热点。柔性铰链因其具有位移分辨率高、无机械摩擦、高精度等优点,被广泛应用于微操作装置中。国内外学者们根据操作对象的不同,开发出许多类型的柔性微操作平台。随着生物工程、医学领域的不断发展,对柔性微操作平台的研究提出了更加严峻的要求。为了满足生物工程、医学领域的更高需求,本文主要设计一种大行程的柔性微操作平台。该平台采用并联式3-RCU机构使结构更加紧凑。为了减少装配误差,平台以直圆型柔性铰链为主;设计杠杆放大机构结合压电陶瓷驱动器增大平台的工作空间;为了获得更好的传输性能设计了一种复合圆柱副。首先,通过ANSYS软件对放大机构、平台的整体进行结构的优化设计。接着对微操作平台进行了静力学分析,包括柔度矩阵、放大机构的放大比并运用ANSYS软件进行验证。分析放大机构输出的可靠性、平台的应力应变、不同工况下的机构的表现形式。分析柔性圆柱副的解耦性、承载能力、对可靠性做了理论分析与仿真验证。建立平台的运动学模型,推导运动学位姿正、逆解并进行理论验证,推导出平台的雅克比矩阵,通过MATLAB软件绘制出平台的工作空间。最后,建立平台的动力学模型,分别分析转动副、虎克铰、圆柱副、动平台的能量方程,基于拉格朗日函数推导出机构的动力学方程;将理论固有频率与利用ANSYS模态分析得出的固有频率进行比较,验证理论分析的准确性。分析平台的各阶振型及固有频率并研究平台的运动形式。通过两种不同工况下的模态分析,对比平台在有预应力、无预应力下的固有频率,验证机构的可靠性。结果表明该3-RCU大行程柔性并联微操作平台的结构设计安全可靠,理论推导正确,平台能够实现空间中x轴、y轴的转动及z轴的移动,机构具有较高的精度、刚度、较大的放大比及工作空间。
陈方鑫[2]（2020）在《压电驱动的柔顺放大机构设计与控制研究》文中提出随着精密设备应用的拓展,柔顺放大压电驱动系统因其结构简单、构型多样、易于控制等优点逐渐受到学者重视。提高放大倍数是增大柔顺放大压电驱动系统行程的主要方式。但是由于柔性铰链的轴漂运动,柔顺放大机构存在放大倍数极限问题;多级放大机构虽然可以提高放大倍数,但难以兼顾结构尺寸臃肿的矛盾。为了解决这一问题,本文开展了基于柔顺放大机构的大行程压电驱动系统的设计与控制技术研究。从运动向刚度出发,深入探讨柔顺放大机构运动向刚度与放大倍数和能量效率关系等问题,研究大行程高效率的行程放大压电驱动系统设计及其控制方法,将行程放大压电驱动系统有效行程提高到毫米级范围。论文首先将桥式放大机构和杠杆放大机构分别简化为串联柔性链和并联柔性链。利用柔度矩阵描述柔性铰链的弹性变形,通过D-H法推导柔性链关键点的力位计算公式,获得柔性链运动学和静力学通用模型。动力学方面,利用拉格朗日法建立放大机构动力学方程,并计算结构固有频率。利用通用模型,比较二级桥式机构和二级杠杆机构的运动性能和负载特性,分析柔性铰链切口形状和结构参数对放大倍数的影响。从柔性铰链运动方式出发,针对柔性铰链运动方向存在刚度的特点,探究运动向刚度对柔顺放大机构工作性能的影响。提出以混合铰链、混合材料及参数优化为手段,以运动向刚度分析为核心,以运动性能和动力学性能优化为目标的柔顺放大机构运动向刚度设计方法。利用该方法,分析了二级柔顺放大机构的运动向刚度,得到放大倍数和刚度比之间的内在关系。在此基础上,利用混合铰链改进了经典的二级桥式放大机构,将其相对放大倍率提高到0.9以上。考虑到平面放大机构的结构紧凑性,提出了桥式-杠杆二级放大机构,通过有限元仿真和样机实验证明了其在放大倍数和结构紧凑上的优越性。从系统刚度分析出发,分析了运动向刚度与能量效率的关系,探讨了通过刚度配置提高能量效率的可行性,提出了基于负刚度机构的高效柔顺放大机构概念,并设计出了能量效率高达80%的行程放大压电驱动器。为了进一步挖掘二级放大机构的运动性能,以运动向刚度分析为基础,对二级桥式机构进行多目标优化设计,综合协调放大倍数、固有频率、负载能力和刚度比等性能指标,实现90的放大倍数、5mm运动行程、50Hz一阶频率和50N（20N/mm）负载能力。为了保持放大机构纳米级定位分辨率,引入宏微驱动概念,用次级陶瓷补偿放大效应带来的压电陶瓷分辨率损失。考虑到宏微系统的多输入单输出特点,采用“宏开微闭”控制策略,利用高斯过程回归实现压电迟滞非线性的补偿,利用输入整形技术实现柔性铰链的残余振动抑制,采用双前馈+PID混合控制方法实现纳米级定位分辨率和长期稳定性。利用上述柔顺放大机构的设计和控制方法研制了一款新型微夹持器。为了解决微夹持器小结构、大行程的矛盾,将运动向刚度分析法引入压电驱动式微夹持器的结构设计中,通过铰链个性化设计提高了传统二级微夹持器的放大倍数;利用刚度设计实现夹爪被动柔顺功能,降低位置控制分辨率要求;采用平行四边形机构实现夹爪平行夹持;为了实现夹爪开环位置控制,使用基于高斯过程回归和输入整形技术的双前馈控制技术;为了获得精确的恒力控制,采用前馈补偿控制+PID的混合控制;为了增强夹持瞬间的柔顺效果,采用力位切换的控制策略。通过微夹持器的夹持实验,证明了所设计的微夹持器在结构尺寸、运动性能和夹持操作上具有优势。
陈宁[3]（2020）在《压电晶片驱动的新型柔性微动平台热-压电-力耦合分析与控制》文中研究指明随着微机电系统和纳米科学技术的飞速发展,作为微纳米运动平台或系统主要组成部分的微智能驱动器、柔顺机构、超/高精度传感器以及高性能控制器,在行程、功能、精度、运动特性及智能化等方面都已得到了极大提升,从而成就了其在高端装备制造、生物医学、光学通讯、航空航天等高科技产业以及交叉学科前沿领域的战略性主导地位。然而,由于以往所采用叠堆型压电陶瓷驱动器或音圈电机与柔性机构构成的微纳米运动平台或系统,多存在整体结构尺寸大、加工及部件成本高、行程小、装配误差大等缺点,因而极大地限制了其在超/高精密加工、超分辨显微生物医学成像、微/纳米操作、空间光通讯、遥感与测量等更具苛刻精度、性能要求技术与装备领域的发展和应用。针对以上诸多限制,本文提出并设计了一种由压电（陶瓷）晶片驱动器驱动的三自由度一体化全柔性薄板型微动平台（简称三自由度柔性压电晶片微动平台）,以满足多学科多领域前沿科技对微纳机电系统提出的更小尺寸、更低成本、更大行程等要求。尤其,为传统柔顺微动平台、微/纳操作台以及快速转向反射镜等微纳米运动平台或系统在精密工程领域中的诸多应用限制场景,提供了可行有效的方案。并重点研究了压电晶片驱动器如何通过与能量（如电能和热能）之间的复杂、精准的耦合作用实现柔性压电微动平台优良静/动态特性的科学规律。具体主要研究内容如下:首先,同时考虑了电场和温度场变化引起的热-压电（参数）耦合对单/双层压电晶片驱动器外部弯曲特性的影响,以及微驱动器弯曲时横向变形对内部应力应变分布和中性面位置的影响,进而基于欧拉伯努利梁理论,分别建立了其在热/电载荷及热电载荷复合作用下的静力学挠度输出改进模型和热-压电耦合挠度输出改进模型,并进行了仿真和实验验证。此外,研究了结构尺寸变化对单/双层压电晶片驱动器输出特性的影响,并求得了单层压电晶片驱动器的等效惯性矩,确定了其最大端部挠度输出时的最优厚度比,从而为压电晶片驱动器的优化设计和分析提供了理论支持和依据。其次,提出了一种由压电晶片驱动器驱动且具有更小尺寸、更低成本、更大行程等优点的三自由度一体化全柔性薄板型微动平台,并基于柔度矩阵法,建立了包含其各组成单元结构尺寸及分布位置尺寸参数的热-压电-力耦合静力学输出模型。同时,采用2个四象限位置敏感探测器实现了该柔性压电晶片微动平台的三自由度位姿输出量检测,并分别进行了其在热/电载荷及热电载荷复合作用下的仿真和实验,验证了所建立的热-压电-力耦合静力学输出模型的有效性和准确性。此外,研究了结构尺寸变化对柔性压电晶片微动平台输出行程和固有频率的影响,并确定了该微动平台中心点在限制电压下的三自由度运动范围,从而为此类一体化全柔性薄板型微动平台的设计和优化提供了理论依据和指导。再次,分析了三自由度柔性压电晶片微动平台在微纳米运动过程中的内部热-压电-力耦合影响,确定了其内部各压电晶片驱动器等效形变量与微动平台位姿输出量之间的转换关系,并将该具有分布参数特点的柔性压电晶片微动平台等效为三自由度弹簧-质量-阻尼集中参数系统模型,进而基于拉格朗日第二类方程,建立了该三自由度柔性压电晶片微动平台在热电复合场下的热-压电-力耦合动力学模型。同样,通过仿真和实验验证了所建立动力学模型的有效性和准确性,从而为基于系统数学模型的反馈控制方法研究提供了可用的理论模型。最后,基于已建立的单层压电晶片驱动器热-压电耦合静力学挠度输出改进模型,求得了可将热载荷转化为等效电载荷的热-电转换系数,补偿了因温度变化引起的柔性压电微动平台内部各压电晶片驱动器挠度输出误差,并基于已建立的柔性压电晶片微动平台热-压电-力耦合动力学模型,引入了基于扩张状态观测器的滑模控制方法,最终实现了该三自由度柔性压电晶片微动平台在热电复合场下的高精密位姿解耦伺服控制。
徐博文[4]（2020）在《双自由度压电驱动器的设计分析与试验》文中研究表明现如今,随着科学技术的发展,微观领域逐渐获得了人们的广泛关注,在航空航天领域、超精密机床、微小机器人、MEMS等前沿技术领域,微纳米驱动与定位成为了重中之重。但是,现有的传统的驱动装置无法跟上前沿科学领域的发展,面对前沿科学的快速发展,压电精密驱动技术与仿生驱动技术孕育而生。其中摩擦惯性驱动器和尺蠖型驱动器因为其行程大,机构紧凑,精度高等优点得到了显着发展,并应用于前沿科学中去。因此,设计一款精度高、大行程且驱动力大的驱动器则显得尤为重要。摩擦惯性驱动器与尺蠖型驱动器可以克服驱动器行程小、低分辨率等问题,故近年来得到了广泛的发展。但是却有驱动力小,自由度单一等问题,故本文在分析了国内外众多驱动器的优点与缺点后,综合了步进式驱动原理与柔性铰链等相关知识,提出了惯性摩擦与尺蠖驱动双结合的方式,利用了压电叠堆与柔性铰链放大机构,通过对驱动单元与钳位单元的控制,实现了直线与旋转双自由度的运动方式。于此同时,在现有的实验器材下,设计了一款多自由度的压电驱动器,并对结构进行了仿真与模态分析,确保了驱动器的可行性与实用性。此外,搭建了以此驱动器为核心的实验系统,主要包括了软件硬件部分,并完成所设计压电驱动器的性能测试与分析。提出摩擦副调整机构,保证了由于加工误差与装配误差引起的步进距离过小等问题。通过对驱动器进行测试,测得其旋转模块的分辨率为5.432μrad,有效驱动电压范围为10-150V,驱动频率的工作范围为1-200Hz,最大可接受的垂直负载为200g,最大步进角为1429.1μrad。测得其直线模块的分辨率为0.81μm,驱动电压为20-150V,驱动频率的工作范围为1-200Hz,最大可接受的垂直负载为500g,最大步进距离为20.08μm。实验结果与仿真分析表明,本文设计的双自由度压电驱动器能够满足自身强度与刚度要求,并在微纳米尺度上保持着高精度的直线与旋转的输出,解决了现有驱动器的低行程,驱动力小,分辨率低、自由度少、结构复杂等问题,直线与旋转单元模块可拆卸,保证了结构的紧凑型同时,可用于面对不同实验要求。通过实验结果表明,该驱动器超过了预期,同时为进一步优化创造了依据。本文研究的双自由度驱动器对于现有的压电驱动装置起到了推波助澜的作用,在确保了行程、分辨率、速度的同时,具备了价格低廉,极具性价比等优点,对驱动器的商业化起到了一定的积极作用,在满足于前沿科学研究的同时,对扩展驱动器的应用领域起到了推动作用。
王天泽[5]（2019）在《大长径比柔性铰链微动平台设计及关键技术研究》文中指出与传统运动平台相比,微动平台具备构型灵活多变、可控性好、刚度大等特点,在精密定位领域发挥着重要作用。目前对微动平台的研究,大多以平面和直线驱动为主,这种结构的微动平台能够实现精度较高的定位,但运动范围十分有限,难以实现纳米级定位精度。鉴于此,本文提出了一种大长径比柔性铰链,旨在解决传统柔性铰链运动范围小、小变形情况下定位精度不高等局限,开展的研究概述如下:首先,提出了大长径比柔性微动平台的整体设计要求,并给出了平台的整体设计方案。结构上,平台的铰链和支链均采用柔性结构,驱动器选择高分辨率、高精度的压电陶瓷驱动器。平台的控制系统以STM32系列单片机作为主控模块,结合模糊自整定PID控制策略,通过姿态检测装置对平台进行闭环控制。然后在平台结构设计的基础上对平台整体结构和关键部件进行优化分析。对平台的柔性铰链结构形式进行设计,运用大长径比结构形式,针对柔性铰链低负载时形变小的缺陷,运用理论计算和Abaqus有限元分析相结合的方法,对大长径比柔性铰链进行尺寸优化。针对大长径比柔性铰链设计的微动平台进行自由度分析、转轴分析于位置反解等运动学分析,并通过数值搜索法验证设计的平台工作空间得到扩展。分析平台的静力学受力,由虚功原理建立力学模型得出驱动力与约束力和外载荷之间的做功平衡,对螺旋理论分析结果的正确性进行验证,得出平台的力平衡方程,并依据静刚度理论推导出微动平台整体的刚度方程,对平台施加不同方向上的力和力矩进行分析。通过模态分析,得出平台的六阶振型图,得知平台的固有频率范围,保证在外部激励下的稳定性。最后,针对压电陶瓷驱动器难以建立精确的数学模型的问题,基于模糊自整定PID控制算法,对微动平台实现运用控制,确保平台能够应对工作时非线性、多变量、时变性等复杂情况;并利用Simulink对控制系统进行建模和仿真分析,通过模糊理论修正系统参数,实现控制系统达到纳米级定位精度。
孙梦馨[6]（2018）在《非共振式压电直线电机的研究及其在多自由度平台中的应用》文中提出压电直线电机具有定位精度高、响应速度快、设计灵活、不受电磁干扰等特点,在新兴前沿科技领域中有广阔的应用前景。近年来,压电直线电机在多国研究者的广泛关注下得到了快速的发展,许多发达国家都凭借着先进的理念与多年技术积累将压电电机技术推向产业化的发展方向,尤其是在精密平台系统中,新技术与新产品层出不穷。在中国制造2025背景下,我国核心技术发展正面临巨大的机遇与挑战,研制以压电电机为基础、具有自主知识产权的精密运动平台、促进多自由度平台应用的产业化发展,将会有力推动我国精密驱动与定位技术的发展。本课题在国家自然科学基金面上项目（No.51375224）“压电驱动的六自由度工作台及控制方法”和中航工业产学研项目（N0.CXY2013NH09）“高精度微位移光学稳像技术”的资助下,以研究和设计应用于精密运动平台中的非共振式压电直线电机为目标,开展了非共振式压电直线电机的运动模型建立、设计准则总结、性能仿真分析、电机实验验证、评价方法归纳等多方面的研究工作,遴选综合性能较为优秀的样机应用于多自由度精密平台,加工装配样机并进行性能试验,所设计的平台实现了高精度、大行程、快响应的作动。本论文研究的主要内容和成果如下:1.总结压电直线电机和多自由度运动平台的特点、分类以及研究现状。通过调研国内外压电直线电机和多自由度运动平台的发展历程、研究现状和应用前景,指出了深入研究压电直线电机及其在多自由度平台中应用的重要意义。2.根据国内外研究成果的调研,选取非共振式压电直线电机作为研发对象,系统地分析了非共振式压电直线电机的核心元件叠层压电陶瓷的性能指标、核心输出部件定子结构工作机理与设计准则、电机外围结构的设计方法、压电直线电机的LuGre接触摩擦模型。3.提出双足驱动非共振式压电直线电机的模型建立方法,并依据模型分析了电机的三种工作模式。根据提出的模型设计了三种不同形式的双足非共振式压电直线电机,采用理论与仿真相结合的方式对电机性能进行了分析,样机实验表明,依据提出的模型设计的三种电机行程大（与所采用导轨行程相同）、分辨率高（可达0.1μm）。4.提出一种惯性非共振式压电直线电机的设计理论,系统地分析了该电机的作动机理,通过理论建模与有限元仿真相结合的方式对电机结构进行了优化设计,定子采用长柔铰放大式的设计,使得该种电机结构紧凑便于小型化与集成化,样机实验表明优化后的电机满足了多种设计要求:定子的驱动足横纵向输出位移得到了放大、输入信号频率与电机输出速度拥有较好的线性度、电机位移分辨率小于1μm。5.分析所述对称原理样机、杠杆放大式电机、对称长柔铰式电机在实验中的问题,改进设计了一种双柔铰导向层叠式非共振压电直线电机,阐述了该电机的工作原理、性能特点,总结了本文提出的五种不同形式非共振压电直线电机的性能参数,提出了量化评价方法,并遴选性能较为优秀的两种样机进行了二自由度运动平台的结构设计与性能试验。6.根据所研制的二自由度运动平台的结构特点,设计了一种串并联结合的六自由度运动平台,构建了平台的理论模型与基本控制策略,通过仿真修正了多自由度平台的控制策略,各自由度的性能试验表明所设计的平台实现了较高精度（平动分辨率小于1μm、转动分辨率小于0.002°）、较大行程（平动行程等于所采用导轨行程,转动行程适用于高精度应用领域）、快响应（启停响应时间在几十毫秒级）。
卢倩[7]（2018）在《基于压电驱动的六自由度混联精密定位平台关键技术研究》文中研究指明在光波导器件连接和封装过程中,需要解决的关键问题是如何提高精度,实现连接封装过程的自动化,这对大行程、多自由度精密定位工作台提出了需求。已有装备采用电磁电机经丝杠驱动六自由度工作台运动,实现阵列光纤与光波导器件的对准。由于传动链较长,致使系统刚度低,响应慢,系统精度难以进一步提升,只能依靠其它驱动方式进行更高精度的补偿,这使系统对作动器的控制难度增加。另外,工作台自身的导向精度也是限制对准精度进一步提高的关键因素。本文提出了具备多种工作模式、大行程、快响应和高精度特点的压电电机,作为串并混联六自由度精度定位平台的作动器,进而构建基于压电作动器直接驱动的六自由度高精密定位平台,其具体设计目标是具备连续大行程工作范围和高精度定位能力,平动定位精度为1μm,转动定位精度为0.0005°。首先,设计了柔性正交式、柔性杠杆式和柔性菱形式三种不同结构的非共振式压电作动机构,提出了连续驱动和步进驱动两种作动模式,分别满足较远距离高速运动和临近目标精确定位要求。另一方面,面向柔性铰链的结构参数展开了参数化设计研究,提出了新的结构参数ε和柔度参数λ,详细探讨了参数ε对柔性铰链结构柔度的影响机制,以及参数λ-ε的之间的影响关系。在此基础上面向三种不同结构的压电作动机构展开了不同的优化设计方法研究,并采用多种方法验证了其优化设计的有效性,最后对三种压电作动机构进行了实验研究。实验结果证明,优化后的三种柔性压电直线作动机构有效的提升了步进作动的分辨率,具有高精度的运动分辨率和稳定的宏观连续运动能力,能够直接应用到多自由度精密定位平台中。其次,在对比了串联机构和并联机构的优缺点之后,采用2T1R串联平台+2R1T并联平台的构型,设计了串联与并联混合构型的六自由度精密定位平台;其中3-DOF并联平台采用3条斜面牵引并联支路对称布置结构方案,设计了大行程圆柱柔性铰链,提出了基于模糊优化算法的圆柱柔性铰链结构参数优化设计方法,构建了基于大行程圆柱柔性铰链的3-DOF并联平台刚度模型,分析了大行程圆柱柔性铰链在3-DOF并联平台中的有效性和可靠性。另一方面,构建了6-DOF混联精密定位平台的完整运动学与动力学模型,借助于齐次坐标变换方法给出了6-DOF混联精密定位平台的运动学位姿正反解;利用拉格朗日动力学模型给出了动力学广义驱动力的求解模型;最后采用多刚体动力学仿真软件ADAMS对所构建的6-DOF混联精密定位平台开展了仿真研究,仿真结果表明所设计的6-DOF混联精密定位平台具有较好的运动学能力,在给定外力（力矩）条件下可以实现大行程工作空间范围内的宏观运动与定位,满足6个自由度的运动设计要求。最后,搭建了面向6-DOF混联精密定位平台的实验系统,设计了实验测量方法,开展了步进作动模式实验研究和连续作动模式实验研究。实验结果表明,在步进作动实验中,X轴平动的步进分辨率为1.2μm,Y轴平动的步进分辨率为1.4μm,Z轴平动的步进分辨率为1.0μm;X轴转动的步进分辨率为8.6μrad,YU轴和YV轴转动的步进分辨率分别为11μrad和10μrad,Z轴转动的步进分辨率为3μrad;在连续作动实验中,X轴平动的宏观运动速度为1.82mm/s,Y轴平动的宏观运动速度为1.89mm/s,Z轴平动的宏观运动速度为312μm/s;X轴转动的宏观运动角速度为29000μrad/s,YU轴和YV轴转动的宏观运动角速度分别为29400μrad/s和28000μrad/s,Z轴转动的宏观运动角速度为26400μrad/s。各轴的平动定位分辨率和转动定位分辨率已基本达到预期设计目标;各轴的平动和转动的工作行程区间均已实现预期设计目标。另一方面,对6-DOF混联精密定位平台进行了运动误差影响因素分析,给出了各轴的运动误差棒分析图,对于进一步提高所设计的6-DOF混联精密定位平台的定位精度和运动性能具有指导意义。本研究课题所设计的6-DOF混联精密定位平台,采用非共振式压电直线电机直接作为各轴运动的作动机构,显着缩短了传动链,简化了系统控制方式,也有利于提高定位平台的作动响应速度;利用非共振式压电直线电机的步进作动模式和连续作动模式,即可实现6-DOF混联精密定位平台高精度微动与大行程宏动,具有广阔的应用前景。
杨展宏[8]（2018）在《压电尺蠖式微驱动器的设计、控制与实验》文中研究说明随着精密加工与测量、光学工程、生物工程、现代医学、航空航天等高尖端领域的迅速发展,传统的微位移驱动器受工作原理和机械结构的限制,造成其传动效率低、输出位移有限,精度不高、结构复杂且不易控制,无法满足精密定位与驱动的要求。压电尺蠖微驱动器是基于尺蠖运动原理实现双向、大行程、高精度运动的精密微驱动器,广泛应用于上述领域。针对压电尺蠖微驱动器存在的主要问题,本文基于柔顺机构设计了两种微驱动器,并对其进行了性能优化及相关性能测试实验,主要内容如下:针对尺蠖式直线微驱动器运动速度低和输出力小等问题,基于柔顺机构设计了一种新型尺蠖式直线微驱动器。微驱动器由2个箝位机构、驱动机构、输出轴组成,其运动特点是驱动机构驱动箝位机构进行往复直线运动,箝位机构带动输出轴作直线运动。绘制了微驱动器的工作原理图,并阐述了其运动原理。箝位机构和驱动机构均采用柔性杠杆结构,保证了微驱动器所需的箝位力与驱动力,并提高了其运动速度。对微驱动器进行了详细的理论推导,采用伪刚体方法建立了驱动电压与箝位力、驱动机构输入位移与输出位移之间的关系,根据功能原理建立了输入力与驱动力之间的关系。根据所设计的微驱动器制作了样机,搭建了实验测试系统进行性能测试,测试结果表明,微驱动器最大箝位力为216.43 N,最大驱动力为13.5 N,在驱动电压120 V,驱动频率95 Hz时,达到最大速度为48.91 mm/s。为了建立微驱动器的步距预测模型,实现微驱动器的精确控制,需要定量分析微驱动器的步距、驱动电压、驱动频率之间的关系。定量分析尺蠖式驱动器步距、驱动电压、驱动频率之间的关系就是确定三者之间的非线性映射关系,建立预测模型。采用非线性支持向量机回归理论建立了微驱动器步距、驱动频率、驱动电压之间的关系模型。首先,采用实验分析和理论推导对微驱动器的驱动信号的关键参数进行了优化,并对矩形波驱动信号的波形进行了修正;其次,采用非线性支持向量机回归理论,选择高斯径向基核函数建立了微驱动器步距预测理论模型;最后,搭建实验测试系统,对微驱动器步距回归模型进行验证。实验结果表明,所建立的微驱动器步距回归预测模型能精确的预测步距,实验值与预测值之间的相对误差范围为0.275%-3.929%,误差较小。尺蠖式微驱动器虽然可以实现大行程与高精度兼具的运动,但在实际使用中会出现以最小步距为尺度的波动问题影响其运动精度。为了进一步提高微驱动器的运动精度,在PID控制的基础上,提出一种分段控制系统。所提出的分段控制系统由宏运动环节与微运动环节组成。在宏运动环节中,微驱动器按照尺蠖爬行的工作方式运动;在微运动环节中,微驱动器采用PID闭环控制逐渐接近目标位置。建立了微驱动器的输出模型,采用实验方法对控制系统的参数进行辨识。利用宏微分段控制系统对尺蠖式微驱动器进行大行程、高精度的定位实验,实验结果表明,在驱动电压40 V,频率1 Hz下,微驱动器的定位误差在0.53-0.67μm之间,说明所提出的分段控制方法能有效的提高尺蠖式微驱动器的运动精度。尺蠖式直线微驱动器只能实现连续的直线运动,但在工业中经常需要大行程的旋转运动,因此基于柔顺机构设计了一种新型尺蠖式旋转微驱动器。微驱动器由2个箝位机构、2个驱动机构、输出轴及支架组成,箝位机构和驱动机构均采用柔性杠杆结构,具有无摩擦,免润滑的优点,且保证了微驱动器所需的箝位力与驱动力矩,并提高了其运动速度。采用虚功原理推导了箝位机构放大倍数、静刚度的计算公式,建立驱动机构的伪刚体模型,并根据力矩平衡建立了驱动力矩与驱动电压之间的关系。根据所设计的微驱动器制作了样机,搭建了实验测试系统进行性能测试,测试结果表明,所设计的微驱动器在驱动频率5 Hz下,驱动电压100 V时达到最大步距783.5608μrad;在30 V驱动电压下,当驱动频率等于50 Hz时,达到最大转速18.54 rad/s;实验测得的最大驱动力矩为95.04 N?mm。所设计制作的微驱动器性能较好,对尺蠖微驱动器的发展具有一定的借鉴意义。
杨满芝[9]（2016）在《基于宏微驱动技术的精密回转系统研究》文中指出随着航天航空、微电子、生物医学等高技术领域对高精度机械系统需求日益增加,精密机械系统得到广泛的关注。由于解决了传统机械系统无法同时兼顾高的运动精度及大的运动行程难题,宏微驱动技术作为实现精密运动的重要手段被广泛应用于精密机械系统中。回转运动作为数控装备的两种基本运动形式之一,在机械系统中有重要的应用,如数控机床、高精度武器发射系统、医学显微镜等。由于其运动较为复杂,宏微驱动技术中回转运动的研究少于直线运动,其研究相对滞后。本文设计了一种宏微精密回转系统,并对其相关性能进行研究。本文主要研究内容包括:（1）在建立柔性铰链的等效模型基础上,对柔性铰链的导向、传动转换原理进行了分析;基于直圆型柔性铰链的导向及传动转换原理提出并研制了一种单自由度对称驱动、导向及转换的微动回转机构,该机构可以按照一定的转换关系将直线运动输入精确地转换为回转运动输出,且具有平衡直线-回转转换过程中所产生的附加力的功能,可避免微致动器承受横向力;对机构的导向及传动转换性能进行了分析,采用试验方法验证机构传动转换性能分析方法的正确性,传动转换性能分析与试验结果基本一致,证明所提出的微动回转机构具有优良的直线-回转转换功能。（2）采用有限元法对所研制的微动回转机构进行强度和动态分析,并通过试验验证了该机构的动态性能,分析表明该机构具有良好的强度和动态性能;提出并建立了一种柔性铰链机构的高精度刚度解析方法,采用边界元法理论解建立等截面梁刚度方程,精确离散并利用刚性结合法解析出直圆型柔性铰链的刚度方程,再利用坐标变换的刚性结合法对微动回转机构进行刚度解析,并通过试验验证了机构刚度解析正确性。本方法为柔性机构刚度分析提供了新的途径。（3）设计并研制了一种宏微精密回转系统,系统宏动由直驱电机驱动,系统微动采用压电陶瓷致动器驱动微动回转机构;回转导轨采用十字交叉轴承;系统利用微动补偿宏动的运动误差,并采用圆光栅反馈宏微总输出回转台的位移,形成一个宏微运动闭环控制系统;所设计的宏微精密回转系统具有连续大行程、全载荷、精密运动等优点。（4）采用牛顿-欧拉法对不同驱动形式下宏微精密回转系统进行动力学建模,在此基础上解析了系统动力学传递函数,并采用Simulink完成了系统动态响应仿真。在系统运动误差分析基础上提出了一种宏微精密回转系统定位误差的连续补偿方法,采用自动分配宏微运动比例的宏微系统闭环控制方法,实现系统宏微误差补偿。（5）开展了宏微精密回转系统定位精度检测、系统宏动直接补偿、系统宏动手动补偿、系统微动补偿性能、系统宏微补偿等试验。结果表明,经宏微补偿后系统的重复定位误差和定位误差分别降低了 78.8%、95.2%,通过性能试验验证所设计的系统误差补偿及控制方法的的正确性及有效性,系统定位精度达到亚角秒级。
王康[10]（2016）在《基于气压驱动的宏/微二维进给位移台的关键技术研究》文中进行了进一步梳理随着现代科学技术如数学、计算机自动控制、电子、微加工等的进步与发展,精密机械制造技术成为实现先进制造的重要支撑技术,而精密位移平台是精密机械制造设备的核心部件,其性能的优劣直接影响精密机械产品的性能。先进制造除了对精度的要求不断提高外,又提出了大行程的要求。目前,宏微结合两级驱动技术是实现大行程、高精度运动控制的一种有效策略。本文基于弹性力学的薄壁原理,设计了一种基于气压驱动的微位移驱动平台。在此基础上,结合宏微两级驱动思想,设计了一种大行程,高精度的宏微二维进给位移台。综合运用了理论计算、有限元仿真和实验的方法,对微驱动器和微驱动平台的性能进行了研究分析。论文的主要研究内容和成果有以下几点:（1）介绍了现代精密机械制造对大行程、高精度进给位移台的需求,并介绍其研究现状和发展趋势。（2）基于气压驱动和弹性力学的薄壁原理理论,设计了一种新型的结构对称的二维微进给位移台,微位移台采用复合柔性铰链作为其传动机构。由于其结构对称,两个方向的刚度相等,通过公式推导出所设计微位移台的等效刚度表达式,结合ABAQUS软件对所设计微位移台刚度进行仿真分析,分析结果验证了等效刚度表达式的正确性。（3）利用ABAQUS仿真软件,对所设计的微驱动器、微驱动平台进行性能特性仿真分析,分别分析了微驱动器和微驱动平台的气压-位移特性和耦合位移误差特性,分析结果表明,所设计的微驱动器、微驱动平台具有良好的位移线性度,耦合位移误差很小,足够作为精密微进给机构。（4）确定宏微动平台各零部件的加工精度,并对其加工和装配。通过分析比较,选取合适的实验设备。分别对微驱动器、微驱动平台的位移线性度、重复位移精度、位移分辨率等特性进行实验分析。实验数据表明微驱动器、微驱动平台具有良好的位移线性度,宏/微驱动平台的总行程为13mm,重复位移精度为0.25μm,位移分辨率为0.269μm,刚度为15N/μm。通过分析比较微驱动器、微驱动平台升降压的拟合值、理论值和仿真值,三者数据相吻合,验证了仿真理论的正确性。
二、基于微操作的大行程高分辨率旋转微驱动器的研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、基于微操作的大行程高分辨率旋转微驱动器的研究（论文提纲范文）
（1）新型3-RCU柔性并联微操作平台的设计与分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 研究目的和意义 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.4 论文的主要内容 |
| 第二章 3-RCU柔性微操作平台的构型设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 材料的选择 |
| 2.3 驱动装置的选择 |
| 2.4 柔性铰链 |
| 2.5 放大机构的设计及优化 |
| 2.6 微操作平台的设计 |
| 2.6.1 柔性微操作平台类型的选择 |
| 2.6.2 平台支链的设计 |
| 2.6.3 微操作平台的整体设计 |
| 2.6.4 机构自由度的验证 |
| 2.7 本章总结 |
| 第三章 3-RCU柔性微操作平台的静力学分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 柔度矩阵法的理论基础 |
| 3.2.1 柔度矩阵的定义 |
| 3.2.2 不同参考坐标系下的柔度矩阵坐标变换 |
| 3.2.3 串联型柔性铰链的柔度矩阵 |
| 3.2.4 并联型柔性铰链的柔度矩阵 |
| 3.3 微操作平台柔度矩阵 |
| 3.4 放大机构的倍数 |
| 3.5 有限元仿真 |
| 3.5.1 放大机构的仿真 |
| 3.5.2 柔性圆柱副的仿真 |
| 3.5.3 微操作平台的仿真 |
| 3.6 本章总结 |
| 第四章 3-RCU柔性微操作平台的运动学分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 平台的运动学模型的建立 |
| 4.3 运动学位姿分析 |
| 4.3.1 运动学位姿逆解 |
| 4.3.2 运动学位姿正解 |
| 4.4 雅可比矩阵 |
| 4.5 平台的奇异性判断 |
| 4.6 工作空间 |
| 4.7 本章总结 |
| 第五章 3-RCU柔性微操作平台的动力学分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 平台动力学分析 |
| 5.2.1 柔性转动副的动能和势能 |
| 5.2.2 柔性虎克铰的动能和势能 |
| 5.2.3 柔性圆柱副的动能和势能 |
| 5.2.4 柔性微操作平台的动力学方程 |
| 5.3 固有频率 |
| 5.4 模态分析 |
| 5.5 本章总结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 在学期间取得的科研成果和参加科研情况说明 |
| 致谢 |
（2）压电驱动的柔顺放大机构设计与控制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 柔顺放大机构的研究现状 |
| 1.2.1 柔顺放大机构的分类 |
| 1.2.2 桥式放大机构研究现状 |
| 1.2.3 杠杆放大机构研究现状 |
| 1.2.4 混合放大机构研究现状 |
| 1.3 柔顺放大机构的建模方法 |
| 1.3.1 桥式机构的建模 |
| 1.3.2 杠杆机构的建模 |
| 1.4 压电陶瓷控制方法 |
| 1.4.1 基于迟滞模型的控制方法 |
| 1.4.2 无迟滞模型的控制方法 |
| 1.5 国内外研究现状综述 |
| 1.6 本文的主要研究内容 |
| 第2章 基于柔性链的柔顺放大机构力学通用模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 柔顺放大机构的几何学模型 |
| 2.2.1 三角放大原理 |
| 2.2.2 杠杆放大原理 |
| 2.3 基于柔性链的放大机构力学模型 |
| 2.3.1 柔度矩阵的坐标变换 |
| 2.3.2 放大机构静力学通用模型 |
| 2.3.3 放大机构的动力学通用模型 |
| 2.3.4 柔性铰链最大应力计算 |
| 2.3.5 有限元仿真与实验验证 |
| 2.4 放大机构的性能对比和分析 |
| 2.4.1 柔性铰链对两种放大机构的影响 |
| 2.4.2 负载特性 |
| 2.5 柔顺放大机构力学通用模型的应用案例 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 基于运动向刚度分析的柔顺放大机构设计研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 柔顺机构的运动向刚度设计方法 |
| 3.2.1 柔性铰链的运动向刚度 |
| 3.2.2 传统设计方法的局限性 |
| 3.2.3 柔顺机构的运动向刚度设计 |
| 3.3 基于混合铰链的二级桥式放大机构 |
| 3.3.1 二级放大机构的运动向刚度分析 |
| 3.3.2 静力学建模 |
| 3.3.3 二级桥式机构的混合铰链设计 |
| 3.3.4 仿真与实验 |
| 3.4 桥式-杠杆放大机构 |
| 3.4.1 构型设计及运动向刚度分析 |
| 3.4.2 理论模型建立 |
| 3.4.3 性能分析 |
| 3.4.4 仿真与实验 |
| 3.5 基于负刚度的高效桥式放大机构 |
| 3.5.1 柔顺放大机构的能量效率分析 |
| 3.5.2 负刚度机构的基本概念 |
| 3.5.3 高效桥式放大机构的结构设计与实验验证 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 基于柔顺放大机构的宏微驱动系统及其控制方法研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于柔顺放大机构的宏微驱动系统运动向刚度分析与设计 |
| 4.2.1 毫米级微纳驱动系统的特点概述 |
| 4.2.2 宏微放大驱动系统总体设计 |
| 4.2.3 宏微放大驱动运动向刚度分析与参数设计 |
| 4.3 宏微放大驱动系统控制策略 |
| 4.3.1 宏微系统的“宏开微闭”控制策略 |
| 4.3.2 压电陶瓷迟滞行为的前馈补偿 |
| 4.3.3 宏微放大驱动系统的振动抑制 |
| 4.4 宏微放大驱动系统性能测试实验 |
| 4.4.1 宏微放大驱动系统实验样机 |
| 4.4.2 宏微放大驱动系统控制器实验 |
| 4.4.3 宏微放大驱动系统性能测试实验 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 基于柔顺放大机构的压电驱动型微夹持器研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 压电驱动型微夹持系统背景与设计目标 |
| 5.2.1 微夹持器的应用与分类 |
| 5.2.2 压电驱动型微夹持器小型化方法 |
| 5.3 微夹持器的机械结构设计 |
| 5.3.1 构型设计 |
| 5.3.2 微夹持器系统刚度分析及柔性铰链个性化设计 |
| 5.3.3 被动柔顺夹爪 |
| 5.3.4 平行杠杆机构和平行夹爪设计 |
| 5.3.5 微夹持器结构参数的确定 |
| 5.4 微夹持器的力位切换控制 |
| 5.5 微夹持器的实验研究 |
| 5.5.1 实验系统的搭建 |
| 5.5.2 力传感器的标定 |
| 5.5.3 微夹持器性能测试 |
| 5.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（3）压电晶片驱动的新型柔性微动平台热-压电-力耦合分析与控制（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号说明 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 课题研究背景及意义 |
| 1.3 压电材料及其特性 |
| 1.4 压电微驱动器及微动平台 |
| 1.4.1 压电微驱动器的分类 |
| 1.4.2 微动平台的分类 |
| 1.5 国内外研究现状 |
| 1.5.1 压电弯曲驱动器 |
| 1.5.2 微动平台 |
| 1.5.3 压电微动系统控制方法 |
| 1.6 本文的主要研究内容 |
| 第2章 压电晶片驱动器的设计与建模 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 压电材料的热压电本构方程及其参数耦合 |
| 2.3 电场和热电复合场下的压电晶片驱动器挠度方程 |
| 2.3.1 电载荷下压电晶片驱动器的静力学弯曲特性分析 |
| 2.3.2 热载荷下压电晶片驱动器的静力学弯曲特性分析 |
| 2.3.3 压电晶片驱动器的静力学挠度方程 |
| 2.4 压电晶片驱动器静力学模型仿真与实验 |
| 2.4.1 热电复合场检测系统搭建 |
| 2.4.2 电载荷下静力学改进模型的仿真与实验 |
| 2.4.3 热-压电耦合静力学改进模型的仿真与实验 |
| 2.5 外部力载荷下的单层压电晶片驱动器挠度方程 |
| 2.6 压电晶片驱动器的设计与优化 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 柔性压电微动平台的设计与静力学建模 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 柔性压电晶片微动平台设计、制备及其工作原理 |
| 3.3 柔性压电微动平台的静力学建模 |
| 3.3.1 柔性铰链及其柔度矩阵 |
| 3.3.2 等效柔度矩阵及坐标变换 |
| 3.3.3 热-压电-力耦合静力学模型 |
| 3.4 柔性压电微动平台热电复合场仿真及实验验证 |
| 3.4.1 检测系统原理与搭建 |
| 3.4.2 仿真分析及实验验证 |
| 3.5 结构尺寸变化对柔性压电微动平台输出行程和固有频率影响 |
| 3.5.1 结构尺寸变化对输出行程影响 |
| 3.5.2 结构尺寸变化对固有频率影响 |
| 3.6 输入电压受限时的柔性压电微动平台运动范围 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 柔性压电微动平台热-压电-力耦合动力学建模 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 柔性压电微动平台的动力学建模 |
| 4.2.1 拉格朗日方程 |
| 4.2.2 内部各参数耦合关系 |
| 4.2.3 柔性压电晶片微动平台的动力学建模 |
| 4.3 温度变化对柔性压电微动平台等效刚度和固有频率影响 |
| 4.3.1 柔性压电晶片微动平台的固有频率 |
| 4.3.2 温度变化影响下的等效刚度和固有频率 |
| 4.4 柔性压电微动平台动力学模型的仿真和实验验证 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 柔性压电微动平台的位姿解耦伺服控制与验证 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基于ESO的柔性压电微动平台滑模控制 |
| 5.2.1 变量转换矩阵和温度补偿 |
| 5.2.2 滑模控制的抖振 |
| 5.2.3 扩张状态观测器的结构设计 |
| 5.2.4 基于扩张状态观测器的滑模控制器设计 |
| 5.3 柔性压电微动平台位姿解耦伺服系统实验验证 |
| 5.3.1 位姿解耦伺服系统构建与参数设置 |
| 5.3.2 电场及热电复合场下的位姿解耦伺服控制实验验证 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间取得的科研成果及奖励 |
| 附件 |
（4）双自由度压电驱动器的设计分析与试验（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 压电超声波驱动器 |
| 1.2.2 直驱式压电驱动器 |
| 1.2.3 摩擦惯性式压电驱动器 |
| 1.2.4 尺蠖式压电驱动器 |
| 1.2.5 压电驱动器的主要应用领域 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第2章 压电驱动器理论与仿真分析 |
| 2.1 压电材料基本特性 |
| 2.1.1 压电效应与逆压电效应 |
| 2.1.2 电致伸缩效应 |
| 2.2 压电元件 |
| 2.2.1 压电叠堆 |
| 2.2.2 压电叠堆的动力学模型 |
| 2.2.3 压电叠堆的迟滞特性 |
| 2.2.4 压电叠堆的蠕变特性 |
| 2.2.5 压电叠堆的温度特性 |
| 2.3 旋转运动单元的动力学仿真 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 双自由度压电驱动器的设计与分析 |
| 3.1 双自由度压电驱动器的总体结构设计 |
| 3.2 直线驱动单元的机构设计与分析 |
| 3.2.1 钳位机构 |
| 3.2.2 驱动单元 |
| 3.2.3 模态动力学仿真 |
| 3.3 旋转驱动单元的机构设计与分析 |
| 3.3.1 预紧单元 |
| 3.3.2 驱动单元 |
| 3.3.3 模态分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 直线旋转双自由度驱动器的试验研究 |
| 4.1 驱动器结构及测试系统 |
| 4.1.1 驱动器结构 |
| 4.1.2 驱动器测试系统 |
| 4.1.3 驱动器的输出位移测量方法 |
| 4.2 驱动器旋转单元输出性能测试实验 |
| 4.2.1 驱动激励电压与旋转转角的关系 |
| 4.2.2 旋转运动单元的性能指标 |
| 4.2.3 不同频率下的旋转单元测试 |
| 4.2.4 旋转单元的承载能力试验 |
| 4.3 驱动器直线单元输出性能测试实验 |
| 4.3.1驱动激励电压与直线位移的实验 |
| 4.3.2 直线运动单元的性能指标 |
| 4.3.3 不同频率下的直线单元测试 |
| 4.3.4 直线单元的承载能力测试 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介及在学期间科研成果 |
| 致谢 |
（5）大长径比柔性铰链微动平台设计及关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 微动平台研究背景和现状 |
| 1.2.1 柔性铰链研究背景 |
| 1.2.2 微动平台研究背景 |
| 1.2.3 微动平台国外研究现状 |
| 1.2.4 微动平台国内研究现状 |
| 1.3 微动平台存在的问题以及发展趋势 |
| 1.4 本文的研究内容及研究方法 |
| 1.4.1 本文主要研究内容 |
| 1.4.2 主要研究方法 |
| 第2章 大长径比柔性铰链微动平台的整体设计 |
| 2.1 大长径比柔性铰链微动平台的整体设计要求 |
| 2.2 大长径比柔性铰链微动平台机械系统总体设计 |
| 2.2.1 整体方案设计 |
| 2.2.2 关键部件的方案设计 |
| 2.3 大长径比柔性铰链微动平台控制系统总体设计 |
| 2.3.1 控制策略分析 |
| 2.3.2 控制系统方案设计 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 大长径比柔性铰链设计及参数优化 |
| 3.1 大长径比柔性铰链结构设计 |
| 3.1.1 转动副设计 |
| 3.1.2 移动副设计 |
| 3.1.3 球副设计 |
| 3.2 大长径比柔性铰链刚度分析及优化 |
| 3.2.1 转动副刚度分析及优化 |
| 3.2.2 移动副刚度分析及优化 |
| 3.2.3 球副刚度分析及优化 |
| 3.3 大长径比柔性铰链选材及加工方法 |
| 3.3.1 柔性铰链选材分析 |
| 3.3.2 柔性铰链加工方法分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 大长径比柔性铰链微动平台运动学分析 |
| 4.1 运动学分析 |
| 4.1.1 自由度及转轴分析 |
| 4.1.2 位置反解 |
| 4.2 工作空间分析 |
| 4.2.1 影响工作空间因素 |
| 4.2.2 工作空间求解 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 大长径比柔性铰链微动平台力学性能分析 |
| 5.1 静力学分析 |
| 5.1.1 基于螺旋理论的静力学分析 |
| 5.1.2 基于虚功原理的静力学分析 |
| 5.2 基于Abaqus的整体静刚度分析 |
| 5.2.1 大长径比柔性铰链微动平台整体刚度分析理论基础 |
| 5.2.2 大长径比柔性铰链微动平台整体刚度分析 |
| 5.3 大长径比柔性铰链微动平台模态分析 |
| 5.3.1 模态分析理论基础 |
| 5.3.2 模态分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 基于模糊自整定PID的微动平台控制系统设计 |
| 6.1 模糊PID的控制算法研究 |
| 6.1.1 控制系统设计目标 |
| 6.1.2 模糊自整定PID控制器设计 |
| 6.1.3 PID控制原理 |
| 6.1.4 模糊自整定PID控制原理 |
| 6.2 基于simulink的控制系统仿真分析 |
| 6.3 控制系统硬件设计 |
| 6.3.1 硬件电路整体设计 |
| 6.3.2 硬件系统的设计 |
| 6.4 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 总结 |
| 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的学术成果和参与的科研项目 |
| 致谢 |
（6）非共振式压电直线电机的研究及其在多自由度平台中的应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 注释表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 压电直线电机技术的概述 |
| 1.2.1 压电直线电机的原理及分类 |
| 1.2.2 国内外压电直线电机的发展和现状 |
| 1.2.3 压电直线电机的应用 |
| 1.3 多自由度平台发展概述 |
| 1.3.1 多自由度平台研究现状概述 |
| 1.3.2 研究现状总结 |
| 1.4 本课题的研究意义、目标及主要内容 |
| 第二章 非共振式压电直线电机作动机理与一般设计方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 压电元件的本构方程和特性实验 |
| 2.2.1 压电陶瓷主要参数与方程 |
| 2.2.2 叠层压电陶瓷的主要性能 |
| 2.2.3 叠层压电陶瓷的使用准则 |
| 2.3 非共振式压电直线电机定子形式与工作机理 |
| 2.3.1 共振与非共振 |
| 2.3.2 非共振式压电直线电机原理 |
| 2.3.3 定子形式的建模与比较 |
| 2.3.4 定子内叠层压电陶瓷防剪切机构的设计 |
| 2.4 夹持机构与预压力机构的设计 |
| 2.4.1 夹持机构 |
| 2.4.2 预压力机构 |
| 2.5 压电直线电机摩擦模型研究 |
| 2.5.1 接触表面摩擦力及模型 |
| 2.5.2 压电直线电机接触摩擦模型仿真 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 双足驱动非共振式压电直线电机 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 双足驱动压电直线电机建模与分析 |
| 3.2.1 对称式双足压电直线电机的结构 |
| 3.2.2 电机的建模与多工作模式机理 |
| 3.3 双足驱动压电直线电机定子的设计与分析 |
| 3.3.1 对称原理样机定子 |
| 3.3.2 杠杆放大式 |
| 3.3.3 对称长铰式 |
| 3.4 电机整体结构设计 |
| 3.4.1 对称原理样机结构设计 |
| 3.4.2 杠杆放大式电机整体结构设计 |
| 3.4.3 对称长柔铰式电机整体结构设计 |
| 3.5 电机特性实验研究 |
| 3.5.1 样机制作及实验设备简介 |
| 3.5.2 电机输出特性实验 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 惯性非共振式压电直线电机 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 惯性非共振式压电直线电机的结构与机理 |
| 4.2.1 传统惯性式压电直线电机原理 |
| 4.2.2 电机结构 |
| 4.2.3 电机工作原理 |
| 4.3 惯性非共振式压电直线电机结构优化设计 |
| 4.3.1 定子的设计与建模 |
| 4.3.2 定子动子综合分析 |
| 4.3.3 定子仿真结果 |
| 4.4 惯性非共振式压电直线电机实验研究 |
| 4.4.1 定子振幅测试 |
| 4.4.2 电机性能测试 |
| 4.4.3 分辨率测试 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 非共振式压电直线电机与二自由度平台的研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 非共振式压电直线电机的改进与总结 |
| 5.2.1 对称式非共振压电直线电机的不足与分析 |
| 5.2.2 双柔铰层叠式双足压电直线电机的设计与分析 |
| 5.2.3 双柔铰层叠式双足压电直线电机的实验研究 |
| 5.2.4 非共振式压电直线电机的对比总结 |
| 5.3 二自由度精密平台设计与实验 |
| 5.3.1 双柔铰层叠式双足压电直线电机在二自由度平台中的应用 |
| 5.3.2 惯性非共振式压电直线电机在二自由度平台中的应用 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 小型六自由度平台的设计与研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 六自由度运动平台设计与分析 |
| 6.2.1 平台结构设计 |
| 6.2.2 平台运动分析 |
| 6.3 六自由度平台运动仿真 |
| 6.4 平台特性实验 |
| 6.4.1 平台子电机性能实验 |
| 6.4.2 平台运动特性实验 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 全文总结 |
| 7.1 本文的主要工作和创新点 |
| 7.1.1 本文的主要工作 |
| 7.1.2 本文的主要创新点 |
| 7.2 进一步研究工作的展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
（7）基于压电驱动的六自由度混联精密定位平台关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 多自由度精密定位平台发展概况 |
| 1.2.1 作动电机发展概况 |
| 1.2.2 定位平台发展概况 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 非共振压电电机研究现状 |
| 1.3.2 多自由度串/并联机构研究现状 |
| 1.3.3 基于压电作动的多自由度精密平台研究现状 |
| 1.4 需解决的问题 |
| 1.5 本文的主要研究工作 |
| 1.6 本文的内容安排 |
| 第二章 压电致动及多模式作动机理 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 压电陶瓷的基本性能参数 |
| 2.2.1 介电常数 |
| 2.2.2 压电常数 |
| 2.2.3 弹性常数 |
| 2.2.4 机械品质因数 |
| 2.2.5 机电耦合系数 |
| 2.3 压电方程及压电振子的振动模式 |
| 2.3.1 压电方程 |
| 2.3.2 压电振子的振动模式 |
| 2.4 压电叠堆的结构与性能 |
| 2.4.1 压电叠堆的结构 |
| 2.4.2 压电叠堆的基本性能 |
| 2.5 压电叠堆作动系统设计 |
| 2.5.1 压电叠堆作动系统的动态特性 |
| 2.5.2 压电叠堆作动系统的柔性设计 |
| 2.6 压电电机的振动状态 |
| 2.6.1 共振 |
| 2.6.2 非共振 |
| 2.6.3 共振与非共振的比较 |
| 2.7 多模式作动机理 |
| 2.7.1 作动方式 |
| 2.7.2 工作模式 |
| 2.8 本章小结 |
| 第三章 基于柔性铰链结构参数的柔顺机构参数化设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 柔性铰链参数化分析 |
| 3.2.1 结构参数ε |
| 3.2.2 柔度参数λ |
| 3.2.3 柔顺机构参数化设计 |
| 3.3 基于柔性铰链参数的柔顺机构优化设计 |
| 3.3.1 柔顺机构柔性铰链优化设计 |
| 3.3.2 有限元仿真验证 |
| 3.3.3 实验验证 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于柔性铰链的非共振式压电作动器设计 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 柔性压电作动机构设计 |
| 4.2.1 柔性正交作动式 |
| 4.2.2 柔性杠杆作动式 |
| 4.2.3 柔性菱形作动式 |
| 4.3 柔性压电作动器优化设计 |
| 4.3.1 柔性正交作动器预紧机构小型化设计 |
| 4.3.2 基于柔性铰链结构参数的柔性杠杆作动器参数化优化设计 |
| 4.3.3 基于有限元的柔性菱形作动器多目标多参数优化设计 |
| 4.4 实验研究 |
| 4.4.1 实验平台系统 |
| 4.4.2 步进作动实验研究 |
| 4.4.3 连续作动实验研究 |
| 4.4.4 实验结果讨论与总结 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 6-DOF混联精密定位平台结构设计 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 设计目标 |
| 5.3 构型方案比较 |
| 5.4 6 -DOF混联精密定位平台系统结构设计 |
| 5.4.1 3 -DOF串联精密定位平台设计 |
| 5.4.2 3 -DOF并联精密定位平台设计 |
| 5.4.3 大行程圆柱柔性铰链设计与分析 |
| 5.5 6 -DOF混联精密定位平台运动学与动力学分析 |
| 5.5.1 3 -DOF串联精密定位平台运动学与动力学分析 |
| 5.5.2 3 -DOF并联精密定位平台运动学与动力学分析 |
| 5.6 6 -DOF混联精密定位平台仿真研究 |
| 5.6.1 仿真建模与验证方法 |
| 5.6.2 仿真结果与讨论 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 6-DOF混联精密定位平台系统实验研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验系统构建 |
| 6.2.1 实验系统组成及选型 |
| 6.2.2 实验测量方法与步骤 |
| 6.3 6-DOF混联精密定位平台步进作动性能实验 |
| 6.3.1 3-DOF串联平台步进作动实验 |
| 6.3.2 3-DOF并联平台步进作动实验 |
| 6.4 6-DOF混联精密定位平台连续作动性能实验 |
| 6.4.1 3-DOF串联平台连续作动实验 |
| 6.4.2 3-DOF并联平台连续作动实验 |
| 6.5 实验结果讨论与分析 |
| 6.5.1 实验结果讨论 |
| 6.5.2 误差分析 |
| 6.5.3 优化建议 |
| 6.6 本章小结 |
| 第七章 全文总结 |
| 7.1 主要研究工作与创新点 |
| 7.1.1 主要研究工作 |
| 7.1.2 主要创新点 |
| 7.2 进一步研究工作的展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
（8）压电尺蠖式微驱动器的设计、控制与实验（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 压电驱动器的分类及特点 |
| 1.2.1 压电超声波驱动器 |
| 1.2.2 压电惯性驱动器 |
| 1.2.3 压电尺蠖式微驱动器 |
| 1.3 压电尺蠖式微驱动器的研究现状 |
| 1.4 主要研究内容 |
| 第二章 尺蠖式直线微驱动器的设计与实验 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 微驱动器工作原理 |
| 2.3 微驱动器结构设计 |
| 2.3.1 箝位机构设计 |
| 2.3.2 驱动机构设计 |
| 2.3.3 微驱动器整体结构 |
| 2.4 微驱动器理论建模 |
| 2.4.1 箝位力计算 |
| 2.4.2 驱动支链位移放大倍数计算 |
| 2.4.3 驱动力计算 |
| 2.5 实验测试 |
| 2.5.1 实验系统 |
| 2.5.2 驱动支链位移放大倍数测试 |
| 2.5.3 步距测试 |
| 2.5.4 速度测试 |
| 2.5.5 箝位力测试 |
| 2.5.6 驱动力测试 |
| 2.6 结论 |
| 第三章 尺蠖式直线微驱动器步距预测模型 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 驱动信号的优化 |
| 3.2.1 驱动信号的实验分析 |
| 3.2.2 驱动信号的理论分析 |
| 3.2.3 驱动信号的波形修正 |
| 3.3 微驱动器步距预测理论模型 |
| 3.4 实验验证 |
| 3.5 结论 |
| 第四章 尺蠖式直线微驱动器运动控制 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 微驱动器分段控制系统 |
| 4.2.1 宏运动环节 |
| 4.2.2 微运动环节 |
| 4.3 控制系统参数的辨识及优化 |
| 4.3.1 微驱动器输出模型 |
| 4.3.2 控制系统参数的辨识及优化 |
| 4.4 实验验证 |
| 4.5 结论 |
| 第五章 尺蠖式旋转微驱动器的设计与实验 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 微驱动器工作原理 |
| 5.3 微驱动器结构设计 |
| 5.3.1 箝位机构设计 |
| 5.3.2 驱动机构设计 |
| 5.3.3 微驱动器整体结构 |
| 5.4 微驱动器理论建模 |
| 5.4.1 箝位机构放大倍数计算 |
| 5.4.2 驱动机构驱动力矩计算 |
| 5.5 实验测试 |
| 5.5.1 箝位机构放大倍数测试 |
| 5.5.2 步距测试 |
| 5.5.3 转速测试 |
| 5.5.4 驱动力矩测试 |
| 5.6 结论 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 主要工作及结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间的研究成果 |
（9）基于宏微驱动技术的精密回转系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题研究背景与意义 |
| 1.2 宏微驱动技术研究现状 |
| 1.2.1 精密及超精密技术 |
| 1.2.2 宏驱动系统研究现状 |
| 1.2.3 微驱动系统研究现状 |
| 1.2.4 宏微驱动技术研究存在的主要问题及解决方案 |
| 1.3 宏微驱动精密回转技术研究现状 |
| 1.4 课题来源 |
| 1.5 主要研究内容 |
| 2 微动回转机构设计及工作原理分析 |
| 2.1 柔性铰链分类 |
| 2.2 柔性铰链工作原理 |
| 2.2.1 柔性铰链的等效模型 |
| 2.2.2 柔性铰链直线运动的导向原理 |
| 2.2.3 柔性铰链的回转运动的传动转换原理 |
| 2.3 微动回转机构设计及工作原理 |
| 2.3.1 微动回转机构的组成 |
| 2.3.2 微动回转机构的材料选择 |
| 2.3.3 微动回转机构的工作原理 |
| 2.4 微动回转机构柔性铰链运动学分析 |
| 2.4.1 柔性铰链导向机构运动学分析 |
| 2.4.2 柔性铰链传动转换机构运动学分析 |
| 2.4.3 柔性铰链传动转换机构运动学分析验证 |
| 2.5 微动回转机构自由度分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 微动回转机构特性分析 |
| 3.1 微动回转机构强度分析 |
| 3.2 微动回转机构动态分析 |
| 3.2.1 有限元动态分析 |
| 3.2.2 动态试验分析 |
| 3.2.3 动态分析结果对比 |
| 3.3 微动回转机构刚度边界元分析方法 |
| 3.3.1 等截面梁元件拉压弯曲分析方法 |
| 3.3.2 梁元件刚性合成 |
| 3.4 直圆型柔性铰链的刚度解析方法 |
| 3.5 微动回转机构刚度分析 |
| 3.5.1 微动回转机构刚度模型 |
| 3.5.2 微动回转机构导向刚度分析 |
| 3.5.3 微动回转机构传动转换刚度分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 宏微精密回转系统设计 |
| 4.1 宏微精密回转系统整体设计 |
| 4.1.1 系统驱动部件及检测反馈元件分析 |
| 4.1.2 宏微精密回转系统基本组成 |
| 4.2 宏动系统选型 |
| 4.3 微动系统设计 |
| 4.3.1 微动回转机构 |
| 4.3.2 压电陶瓷致动器选型及特性试验 |
| 4.4 回转导轨及主要结构件 |
| 4.5 反馈及检测元件选型 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 宏微精密回转系统特性分析 |
| 5.1 宏微精密回转系统动态性能分析 |
| 5.1.1 宏微精密回转系统动力学建模 |
| 5.1.2 宏微精密回转系统传递函数分析 |
| 5.1.3 宏微精密回转系统的动态响应仿真分析 |
| 5.2 宏微精密回转系统误差补偿方法 |
| 5.2.1 宏微精密回转系统定位误差分析 |
| 5.2.2 宏微精密回转系统定位误差测量 |
| 5.2.3 宏微精密回转系统定位误差连续补偿 |
| 5.3 宏微精密回转系统误差补偿控制方法 |
| 5.3.1 控制器选型及其控制性能分析 |
| 5.3.2 宏微精密回转系统定位控制 |
| 5.3.3 宏微精密回转系统补偿控制方案设计 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 宏微精密回转系统性能试验 |
| 6.1 试验系统组成 |
| 6.2 定位精度的检测标准 |
| 6.3 系统宏动定位精度检测试验 |
| 6.4 系统宏动定位误差补偿试验 |
| 6.4.1 系统宏动直接补偿试验 |
| 6.4.2 系统宏动手动补偿试验 |
| 6.5 系统微动补偿性能试验 |
| 6.6 系统宏微补偿试验 |
| 6.7 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 7.1 研究结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 在校学习期间发表的论文、专利、获奖等评价情况 |
| 一、攻读博士期间发表的论文 |
| 二、攻读博士期间参与的科研项目 |
| 三、获奖与专利 |
（10）基于气压驱动的宏/微二维进给位移台的关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题的研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 宏动平台的实现方式 |
| 1.2.2 微动平台的实现方式 |
| 1.2.3 宏/微位移台研究现状 |
| 1.3 宏/微位移平台的发展方向 |
| 1.4 课题研究的主要内容和创新点 |
| 1.4.1 课题主要研究内容 |
| 1.4.2 课题研究创新点 |
| 1.5 论文结构框架 |
| 1.6 本章小结 |
| 第2章 宏/微二维进给位移台的总体方案设计 |
| 2.1 宏/微进给位移台结构的选择 |
| 2.2 宏动平台的选择 |
| 2.3 驱动源的选择 |
| 2.4 传动机构的选择 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 微动平台及微驱动器的结构设计与性能分析 |
| 3.1 微动平台的结构设计 |
| 3.2 微动平台的刚度计算 |
| 3.3 微动平台性能的仿真分析 |
| 3.4 微驱动器的结构设计 |
| 3.4.1 微驱动器的设计标准 |
| 3.4.2 微驱动器的位移输出方案 |
| 3.4.3 微驱动器的结构设计 |
| 3.5 微驱动器性能的仿真分析 |
| 3.5.1 有限元模型网格的划分 |
| 3.5.2 微驱动器性能仿真分析 |
| 3.6 装配后微动平台性能的仿真分析 |
| 3.6.1 装配后微动平台单方向位移输出性能分析 |
| 3.6.2 装配后微动平台输出耦合位移分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 宏/微动平台加工装配及实验设备的选型 |
| 4.1 宏/微动平台的加工装配 |
| 4.2 各零部件精度确定 |
| 4.3 实验器材的选型 |
| 4.3.1 气动系统管道选择 |
| 4.3.2 管接头的选择 |
| 4.3.3 气动二联件的选择 |
| 4.3.4 储气罐的选择 |
| 4.3.5 测量部件的选择 |
| 4.3.6 固定装夹部件的选择 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 宏/微动平台的性能实验研究 |
| 5.1 微驱动器的性能实验分析 |
| 5.1.1 微驱动器输入—输出性能分析 |
| 5.1.2 微驱动器重复位移精度分析 |
| 5.1.3 微驱动器的行程和分辨率分析 |
| 5.2 微驱动平台的性能实验分析 |
| 5.2.1 微驱动平台单个方向的输入—输出性能分析 |
| 5.2.2 微驱动平台重复位移精度分析 |
| 5.2.3 微驱动平台的行程和分辨率分析 |
| 5.2.4 微驱动平台耦合误差分析 |
| 5.3 理论仿真拟合值的比较 |
| 5.4 精度误差分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文及获得成果 |
| 致谢 |
四、基于微操作的大行程高分辨率旋转微驱动器的研究（论文参考文献）
- [1]新型3-RCU柔性并联微操作平台的设计与分析[D]. 钱俊男. 天津理工大学, 2021
- [2]压电驱动的柔顺放大机构设计与控制研究[D]. 陈方鑫. 哈尔滨工业大学, 2020(02)
- [3]压电晶片驱动的新型柔性微动平台热-压电-力耦合分析与控制[D]. 陈宁. 山东大学, 2020(08)
- [4]双自由度压电驱动器的设计分析与试验[D]. 徐博文. 吉林大学, 2020(08)
- [5]大长径比柔性铰链微动平台设计及关键技术研究[D]. 王天泽. 江苏科技大学, 2019(03)
- [6]非共振式压电直线电机的研究及其在多自由度平台中的应用[D]. 孙梦馨. 南京航空航天大学, 2018
- [7]基于压电驱动的六自由度混联精密定位平台关键技术研究[D]. 卢倩. 南京航空航天大学, 2018(01)
- [8]压电尺蠖式微驱动器的设计、控制与实验[D]. 杨展宏. 江西理工大学, 2018(08)
- [9]基于宏微驱动技术的精密回转系统研究[D]. 杨满芝. 西安理工大学, 2016
- [10]基于气压驱动的宏/微二维进给位移台的关键技术研究[D]. 王康. 江苏科技大学, 2016(03)