平面三自由度并联微操作平台的设计与分析

摘要

微纳操作技术是结合了精密仪器技术、控制工程、计算机技术的一门综合性很强的学科，而微纳操作平台的设计与研究又是微纳操作技术的基础之一。近年来，微操作平台的研究成为了国内外学者研究的热点，已有各种类型的微操作平台被相继设计出来，而且有很多都成功的应用到了微装配工程、生物工程等领域。
　　本文基于杠杆放大机构设计了一种末端工作空间较大的平面三自由度柔性并联微操作平台，所设计的微操作平台主要有两个特点，一是整体尺寸小；二是末端运动平台工作空间大。本文先介绍了三自由柔性并联微操作平台的设计过程，然后对其进行了运动学分析，并建立了基于位置水平的雅克比矩阵，最后得到了压电陶瓷驱动器的输入位移和末端运动平台输出位姿的关系。
　　同时，用MATLAB/SimMechanics工具箱仿真得到了该柔性机构的可达工作空间，为柔性并联机器人的工作空间分析提供了一种新方法。先基于伪刚体(PRB)法，用SimMechanics模块建立了柔性铰链的模型，基于此建立整个三自由度柔性平台的模型；之后基于 Maxwell-Slip模型用 Simulink模块仿真得到了压电陶瓷驱动器的输出位移和输出力的关系，将两者结合就能得到平台的工作空间，为了验证仿真结果的正确性，同时用常用的迭代搜索法也计算出了平台的工作空间。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 加工方法

1.5 论文的主要内容

第二章 三自由度柔性平台的结构设计

2.1 引言

2.2 柔性铰链选择

2.3 放大机构的设计

2.4 压电陶瓷预紧装置的设计

2.5 驱动器的选择

2.6 压电陶瓷的驱动原理

2.7 结构设计

2.8 整体平台设计

2.9 材料选择

2.10 本章小结

第三章 平台运动学分析

3.1 引言

3.2 自由度计算

3.3 运动链图的简化

3.4 三自由度平台的运动学分析

3.5 本章小结

第四章 工作空间分析

4.1 引言

4.2 SimMechanics介绍

4.3 柔性铰链建模

4.4 平台的建模

4.5 压电陶瓷驱动器的建模

4.6 工作空间分析

4.7 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢