摘要：以一种新型微操作平台为对象,考虑其结构参数的随机波动,提出一种基于6σ稳健设计思想和响应面法的可靠性稳健优化设计思路。采用筛选实验设计方法确定设计变量,采用中心组合试验设计方法建立反映平台性能指标的响应面模型。基于该模型采用一次二阶矩法得到反映平台可靠性和稳健性的性能指标,即平台位移放大倍数、固有频率和可靠性灵敏度的概率分布及可靠度。基于6σ稳健设计思想建立以平台位移放大倍数、固有频率和可靠性灵敏度的稳健性为目标,平台可靠度为约束的可靠性稳健优化模型,采用序列二次规划法对平台进行优化。将稳健优化和确定性优化结果进行比较分析可知,平台位移放大倍数、固有频率和可靠性灵敏度的方差分别减小了40.9%、49.4%、33.6%,可靠度由61.36%提高到99.78%,实现了可靠性稳健优化的设计要求,说明了设计思路和理论模型的有效性。

摘要：为了提高微操作平台的操作空间和动态性能,基于响应面法对一种新型微操作平台进行了多目标优化设计。采用中心组合设计方法选取仿真试验点,根据试验点建立平台的参数化几何模型,应用软件ANSYS对平台进行静力学和模态分析得到其固有频率、位移放大倍数和最大应力的响应值。根据所得的仿真试验数据,采用最小二乘法和显著性检验建立反映平台性能指标的二阶多项式响应面模型。最后,计算了反映响应面拟合度的评价指标,验证了所建响应面模型的精确性。以微操作平台的放大倍数和固有频率为优化目标,强度为约束,建立了平台的多目标优化模型,采用多目标遗传算法对平台进行优化得到Pareto解集。从Pareto解集可知,固有频率与放大倍数之间是相互冲突的,故需权衡固有频率和放大倍数从Pareto解集选取最优解。比较优化前后平台的各性能指标可知,平台的固有频率增大了35.58%,放大倍数增大了2.33%,最大应力减小了38.97%,证明了提出的优化方法的有效性。

摘要：由于微操作平台往往处于随机变化的温度环境中,提出一种基于田口方法的稳健优化设计以减小温度效应对其性能波动的影响.以一种新型一维微操作平台为对象,采用有限元方法建立计入温度效应的平台热误差模型,并基于该模型分析平台结构参数与热误差之间关系,由此选出对平台热误差影响较大的参数作为控制因子.以热误差为望小特性,温度变化和热膨胀系数为噪声因子,结构参数为控制因子,通过正交试验设计和主效应分析,确定控制因子的最佳水平组合点.通过比较分析优化前与优化后热误差的均值和方差,结果表明它们分别减小了16.03%和12.07%,说明可通过所提出的稳健优化设计方法减小平台的温度效应.

摘要：微操作平台处于温度变化的工作环境中会产生热误差、断裂或疲劳破坏等意外情况．为了提高基于直梁式柔性铰链的微操作平台的精度，采用有限元方法建立考虑温度效应的平台热响应模型，并基于该模型对其热误差和热应力进行分析．采用欧拉‐伯努利梁模拟直梁式柔性铰链和杆件的力学行为，采用最小势能原理得到计入温度效应的微操作平台的力学方程．采用模态截断技术推导出温度变化与热误差、热应力之间的传递函数．以桥式微操作平台为算例分析温度变化对其性能的影响．分析结果表明：热误差对温度变化的灵敏度为0.192μm／℃，温度变化会产生较大的静态热误差；通过选择合理的结构参数可减小热误差；当单位温度变化时会产生0～0．21μm振动和11.6 M Pa的热应力，在动态热载荷作用下会产生较大的热振动和热应力．所以，不能忽略温度效应对微操作平台的影响，需要通过优化设计和热误差补偿策略减小其影响．

摘要：设计一种具有2级放大的高精度微操作平台,建立压电陶瓷驱动的平台动态模型,采用PID控制策略综合平衡其性能。采用杠杆原理设计的2级放大机构,将平台设计为对称结构,提高了其运动精度。采用有限元法和振型截断法建立平台的传递函数,它可等效为一质量-阻尼-弹簧系统。将压电陶瓷驱动器的电气特性等效为RC电路,力学特性等效为具有一定柔度的器件,建立整个系统的开环传递函数和闭环传递函数。以综合平衡系统的动态性能和稳定性为目的设计PID控制器。结果表明,在PID控制器作用下,系统的相位裕度和幅值裕度均增大,提高了系统的稳态性能,但剪切频率减小,降低了系统的快速响应性。同时,系统的调节时间和超调量减小,提高了系统的平稳性。驱动器时间常数对微操作平台动态性能有较大的影响,时间常数选择于0.2 ms附近可以得到较小的调节时间和合适的超调量。

摘要：由于压电式微操作平台的迟滞非线性会导致其位置精度和动态性能下降,且难以建立精确的迟滞非线性模型,采用一种基于模糊控制策略的位置精度补偿方法,以摆脱对迟滞模型的依赖。以一种一维压电式微操作平台为对象,以平台的位置偏差与偏差变化率为模糊输入,压电驱动器输入电压变化量为模糊输出,提出采用基于PID控制的实验数据获取经验来制定模糊规则的方法。通过模糊推理和解模糊过程,建立平台输入量与输出量之间的模糊关系,实现了可消除迟滞现象的自适应补偿。为了说明所提出的位置精度补偿方法的可行性,通过实验与PID控制进行比较,分析平台跟踪不同频率正弦信号的位置误差。实验结果表明,所提出的模糊控制方法能使平台具有更高的位置跟踪精度和更快的跟踪速度,并具有较好的自适应性。

摘要：由于微操作平台处于温度变化的工作环境中会导致其产生热误差、断裂和疲劳破坏,提出从优化结构参数和构型设计角度减小温度效应对微操作平台的影响。以桥式微操作平台为对象,采用有限元方法建立计入温度效应的平台热响应模型,并基于该模型分析平台结构参数与热误差之间的关系,由此选出对平台热误差影响较大的参数作为设计变量。提出一种以热误差和热应力为优化目标,以固有频率和工作空间为约束的优化模型。结果分析表明,在保证平台的固有频率和工作空间的前提下,平台的热误差减小了44.35%,热应力减小了3.32%,说明了优化模型的有效性。从构型设计角度,根据结构的对称性对温度效应相互抵消作用及凹型和凸型桥式平台不同的温度效应,提出了凹凹型、凸凸型、凹凸型、凸凹型4种对称式构型设计。结果分析表明,在相同的温度变化作用下,该4种构型产生的热误差与热应力均比凹型和凸型平台更小,且凹凸型平台温度效应最小,说明了构型设计的可行性。

摘要：设计一种结构紧凑、具有大运动空间和响应快的微操作平台，并对其静态和动态特性进行分析和优化．利用杠杆机构和连杆机构设计一种能实现两级放大的微操作平台，结构对称地设计在同一平面，并采用导向机构实现精确的导向运动．利用功能原理，采用伪刚体方法建立反映平台的静态和动态特性封闭形式的理论模型．由理论模型与有限元分析的结果比较分析可知，两者所得的结果误差范围为6．0％～7．2％，说明所推导模型的正确性．基于理论模型分析构型参数和柔性铰链尺寸参数对放大倍数、输出刚度、应力和固有频率的影响．结果表明，结构参数变化对输出刚度与固有频率的影响是矛盾的，对放大倍数和应力的影响也相互矛盾，需要通过优化结构参数以综合平衡其性能指标．提出一种以综合平衡平台的静态和动态特性为目标，并考虑应力、放大倍数和几何尺寸为约束的优化模型．结果表明优化后的固有频率和放大倍数比优化前均提高，而输出刚度降低，说明优化后的平台性能更好．

摘要：为了实现空间微操作平台的大工作空间和解耦性,提出一种由差动式杠杆放大机构和导向机构组成的PPs运动支链,3个支链空间正交布置形成3维平动的3-PPs平台,并提出了一种能表征平台工作空间和解耦性的性能指标,采用响应面法对该性能进行优化。首先,采用有限元软件ANSYS建立参数化有限元模型,基于该模型得到平台的各性能指标值;然后,采用Plackett-Burman试验设计方法筛选对平台性能指标有较大影响的结构参数作为优化设计变量。采用中心组合设计方法选取试验样本点,计算各样本点对应的响应值,基于样本点建立反映各性能指标的响应面模型。反映响应面模型精度的评价指标R^2均接近于1,说明所建响应面模型能准确反映平台性能指标与参数之间的关系。最后,以平台解耦性能与工作空间为优化目标,强度为约束,建立其多目标优化模型,采用多目标遗传算法对其进行全局寻优得到Pareto解集。由Pareto解集可知,平台的解耦性与工作空间相互矛盾,权衡两个指标从Pareto解集中选取最优解。比较分析优化前与优化后的性能指标可知,平台解耦性指标减小了35.7%,工作空间增大了6.1%,说明所提出的性能指标和优化模型能满足空间微操作平台的设计要求。

摘要：为了满足微操作平台结构紧凑、大运动行程、高固有频率、运动解耦和高运动精度的要求,设计了一种以杠杆柔性机构进行位移放大,以双复合平行四杆柔性机构为导向机构的新型二维微操作平台。采用伪刚体法和虚功原理建立了反映平台静刚度、位移放大率和固有频率的力学模型。制作样机并搭建了试验测试系统对平台性能进行测试,试验结果表明,平台位移放大率可达4.5倍,刚度为5.79 N/μm,固有频率为580 Hz,反映平台沿x和y方向的耦合度的指标分别为1.3‰和1.2‰,沿x和y轴方向的重复定位精度分别为0.68μm和0.72μm。所以,所设计的平台实现了设计目标。