放大率可变的微操作平台的设计与研究

摘要

本文出于同时得到大的工作空间和高分辨率的目的，设计了一种新颖的放大率可变的二自由度微操作平台。平台以柔顺铰链作为运动机构，利用压电陶瓷进行驱动，同时采用杠杆放大机构来补偿压电陶瓷驱动器行程小的不足，获得了较高的运动精度和较大的工作空间。但是位移放大器的引入使得微操作平台难以同时获得大行程特性和驱动器的高分辨特性。为了解决之一矛盾，本文介绍了一种可且切换支点的杠杆机构，能够使得平台在工作过程中根据需要随时切换放大率或分辨率，使得压电驱动器的高分辨特性得以充分利用。
　　作为一种数学方法的改进和补充，本文第三章详细介绍了一种先降维再升维的矩阵处理方法，解决了对称的闭环杠杆结构的建模问题，并为一般的闭环结构的建模问题提供了一种新的思路。另外，本文第四章还介绍了一种矩阵方程法，能够提高杠杆机构柔度矩阵的计算精度。最后用有限元方法验证了上述两种方法的精确度。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．2．1 柔性铰链

1．2．2 以柔性铰链为主要运动机构的微操作机器人

1．3 本文主要内容

第二章 微操作平台的结构设计

2．1 引言

2．2 位移放大器的结构设计

2．3 柔性铰链的选择

2．4 平台整体结构的设计

2．5 平台制作材料的选择

2．6 本章小结

第三章 柔度矩阵法的改进研究

3．1 引言

3．2 柔度矩阵法回顾

3．3 先降维再升维的矩阵方法

3．3．1 降维原理

3．3．2 升维原理

3．4 精度分析

3．5 本章小结

第四章 动态静力学分析

4．1 引言

4．2 静力学模型

4．2．1 位移放大器的柔度模型

4．2．2 平台的柔度模型

4．3 动力学模型

4．3．1 平台的动能

4．3．2 平台的固有频率

4．4 本章小结

第五章 平台的尺寸优化

5．1 引言

5．2 平台各部分的尺寸约束

5．2．1 平台输入刚度原则

5．2．2 材料的许用应力原则

5．3 尺寸优化

5．4 本章小结

第六章 有限元分析

6．1 引言

6．2 放大器的性能分析

6．3 平台的整体性能分析

6．3．1 平台的输入刚度和放大率

6．3．2 平台的输出柔度

6．3．3 应力分析及平台工作空间

6．3．4 寄生运动分析

6．4 本章小结

第七章 结论与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢