基于压电作动器驱动的微操作机构设计与运动控制

摘要

设计了一种由压电作动器驱动的微操作机构.基于柔顺机构原理设计了桥式位移放大机构,以改善压电作动器的输出位移.利用伪刚体法和Euler-Bernoulli柔性梁理论建立微操作机构的静力学模型,并通过Lagrange方法推导出其动力学方程,进而获得机构的自然频率.借助于差分进化算法进行柔性铰链几何尺寸优化,并与计算机有限元仿真分析进行交叉验证.最后,实验验证了所提出微操作机构能够获得位移放大倍数为9.8和行程为180 μm;在基于观测器PID控制下,机构位移均方根误差和最大位移误差分别为0.071、0.128μm.本文提出的微操作机构具有精度高、鲁棒性强的运动效果.