摘要：针对目前用于原子力显微镜的扫描定位平台带宽低、行程小、耦合性能差等问题,提出了一种基于柔性梁的高带宽两自由度精密定位平台并对该平台进行了优化设计、仿真验证与实验分析。首先,提出了以双端固定梁与平行杂交梁为基础的并联柔顺平台,分别运用卡式第二定理和拉格朗日方程建立了平台刚度和固有频率的数学模型;然后,通过最优化理论获取了平台的最高固有频率及最优设计尺寸,并运用有限元方法验证了优化结果的可靠性;最后,搭建了实验系统,对平台进行了实验研究。实验结果表明:所设计平台的最大行程为12.950μm×13.517μm,耦合误差小于1.77%,X,Y方向的固有频率分别为12.21和13.50 kHz,在开环条件下可良好地追踪频率小于1 kHz的三角波,有效改善了传统扫描定位平台响应慢、行程小、耦合性能差等问题。

摘要：针对音圈电机驱动的X-Y定位平台中稳态误差导致的系统定位精度较低的问题,提出了基于敏感函数逆的前馈补偿控制方法。首先,采用频域辨识方法建立了系统模型,基于终值定理推导出系统扰动和稳态误差的关系,并由此设计了敏感函数的逆模型来补偿扰动对稳态误差的影响,从而提高系统精密定位性能。最后,在搭建的音圈电机驱动X-Y定位平台上进行了不同运动行程的实验研究。实验结果表明:在行程为10μm,最大加速度为6mm/s2的微定位运动条件下,补偿后的定位误差可由2μm降低到0.2μm;在行程为10mm,最大加速度为6m/s2的宏定位运动条件下,定位误差可由2μm降低到0.4μm。实验结果验证了本方法的有效性,为后续高精密伺服系统的研制提供了重要参考和设计依据。

摘要：为了实现3-RRR柔顺并联精密定位平台的精确运动,研究了它的封闭形式精确运动模型和尺寸优化设计。采用卡氏第二定理建立精密定位平台的封闭式柔度模型。根据柔顺并联机构的结构特点,将其划分为3个对称分布的运动支链,并结合铰链的柔度模型和机构力传递关系分别推导出各个支链的刚度模型,整个系统的刚度为所有支链在同一坐标系下的刚度的叠加。建立的刚度模型是以柔性铰链的柔度为变量的封闭形式模型。根据柔度矩阵可得到反映输入位移和输出位移之间关系的雅可比矩阵。理论模型与有限元分析的比较结果显示,两者所得的运动模型误差为1.0%～9.5%,证明了所推导运动模型的正确性和精确性。根据雅可比矩阵的封闭公式,分析其对结构参数的灵敏度,并由此选出对平台运动特性影响较大的优化设计变量。提出以最大化平台工作空间为目标,以铰链强度、最大输入力、几何尺寸和输入耦合为约束的优化模型。结果表明,优化后的结构参数能获得更大的输出位移,说明该方案能满足优化设计要求。

摘要：设计了一种由压电陶瓷驱动的整体式平面3-PRR柔顺并联定位平台,平台每条支链采用半圆型柔性转动铰链和直角型柔性直线铰链代替传统的转动副和移动副,消除了传统机构的铰链配合间隙和摩擦,通过Ansys软件对两种铰链进行了刚度分析,并在支链的输入端设计了柔性杠杆位移放大机构以提高平台的工作空间。基于"伪刚体模型法"建立了柔顺定位平台的运动学模型,采用Ansys软件对柔顺并联平台进行有限元分析,得到其静力学特性,最后搭建了平台测试实验系统进行了验证实验。通过运动学模型解析结果和有限元仿真结果与实验结果对比,得到在x方向、y方向和转动角φp的最大误差分别为10.81%,9.66%和9.79%,验证了运动学理论模型建模方法的可行性。

摘要：针对磁悬浮精密定位平台的运动稳定性问题,设计了一种新型六自由度磁悬浮精密定位平台.该平台采用12个空心电磁线圈做定子、36块永磁体做动子,悬浮部分与驱动部分相互独立,从而很好地解决了由电磁线圈铁心引起的非线性以及悬浮与驱动单元之间的相互耦合问题.采用罗仑兹定律,分析了永磁体长度、线圈电流和悬浮位移对悬浮稳定性的影响,确定了平台的悬浮平衡位置,建立了平台在平衡位置附近的悬浮数学模型,并进行了动态响应仿真研究.研究结果表明,该磁悬浮精密定位平台在悬浮电流为2 A、悬浮高度为0.5 mm时可以稳定悬浮,因此可应用于需要超精密定位和超洁净环境的半导体光刻装置中.

摘要：在精密联合加工过程中,诸如激光焊接,需要大运动范围,低侧面型材、高刚度,垂直运动的精密定位平台。需要有范围为125μm或者更长的平台以满足待加工零件或者部件公差的要求。为了能快速抑制任何振动干扰,为了能抑制住焊接过程中热产生的力,驱动系统的刚度应该很高。驱动系统还应该用精巧的低侧面型材构件,以使总调准塔台的高度减到最小,因而使系统的刚度达到最大。

摘要：针对所研制的X-Y精密定位工作台系统的设计要求,采用分析建模法,求出了宏平台进给系统的传递函数,通过实验获取宏平台进给系统的摩擦模型。基于进给系统的摩擦补偿,分别运用谱分析法和最小二乘法辨识出宏平台进给系统的频域响应及Z传函。实验结果表明,获得有效的进给系统数学模型为精密定位工作台控制器设计工作提供了依据。

摘要：通过采用Zigzag柔性簧片作为导向机构,提出了一种具有大行程、高精度、高频响、低应力的并联式XY二自由度精密定位平台,满足精密运动的需求。提出了以Zigzag柔性簧片单元为核心导向梁的柔顺精密运动平台结构,并采用音圈电机进行驱动,实现3 mm×3 mm的运动范围和60 Hz以上的固有频率。对Zigzag柔性簧片和传统直梁柔性簧片进行有限元仿真分析对比,验证Zigzag柔性簧片运动性能的优越性。接着,对XY两自由度运动进行解耦设计,减小运动带来的寄生(耦合)误差。运用有限元分析对平台进行优化,针对高频运动引发的疲劳损伤问题,改进定位平台的构型,降低最大应力,延长平台工作寿命。分析结果表明:该平台满足运动和解耦性能的设计要求,其寄生误差为0.012%,能够实现大行程以及较高频率的运动,并且响应快速,动态特性良好。实验结果表明,定位平台的固有频率达到60 Hz,开环分辨率达1.3μm,可实现XY方向±1.5 mm行程的运动。

摘要：机械导轨式直线定位平台在电子制造装备中具有广泛应用,然而受导轨摩擦的影响,其定位精度难以达到纳米量级,为此设计了一种刚柔耦合定位平台(RFCPS)。通过引进弹簧钢片作为柔性铰链,以其弹性变形来补偿摩擦死区,并以单级驱动方式实现了纳米级定位精度。针对刚柔耦合定位平台在高速运动阶段和稳态定位阶段的不同的动力学特性,提出了基于位置指令的增益调度比例-比例积分(P-PI)控制,满足了刚柔耦合定位平台点到点定位的稳定性和快速性要求。同时,为了抑制柔性铰链的谐振,采用了品质因数和滤波幅值可调的陷波滤波器。实验结果表明,设计的平台可实现±50 nm的稳态定位精度,与传统的P-PI控制相比,所提出的增益调度控制使整定时间减少了30.25%,并具有更好的负载能力和鲁棒性。

摘要：为了解决传统压电陶瓷驱动器所固有的高精度与大行程的矛盾,提出了一种新型可直接外力驱动的三自由度并联精密定位平台,利用压电直线电机直接驱动即可实现大行程与高精度定位。首先,分析了柔性铰链结构参数对其作动行程的影响机理,在此基础上设计了大行程圆柱柔性铰链,并对大行程圆柱柔性铰链的结构参数进行了模糊优化设计;接着,采用两个平移副和一个一体化、大行程圆柱形柔性铰链构建了并联分支链路,采用3条并联支路设计了2R1T并联精密定位平台,并通过坐标齐次变换方法构建了并联平台的运动学模型,推导出了并联平台位姿正反解;最后,对2R1T并联定位平台开展了实验研究。实验结果表明所设计的2R1T并联定位平台具有良好的运动同步性和重复性,利用压电直线电机的步进运动模式可实现精密定位,其平动定位分辨率为0. 09μm,转动定位分辨率分别为0. 8μrad、0. 9μrad和1. 0μrad;利用压电直线电机的连续运动模式可实现大行程空间定位,其平动工作行程为120 mm,转动工作行程分别为6. 18°、6. 74°和6. 58°。借助于压电直线电机的不同工作模式实现了并联平台的精密定位和大行程工作空间两个关键指标,为进一步研究2R1T并联机构的动态性能、精密定位及控制规律的实现等提供了重要的理论价值和实践基础。