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Compliance Modeling of a Compliant Stage with Symmetric Configuration
1
作者 Yunsong Du Guohua Gao 《Journal of Applied Mathematics and Physics》 2020年第11期2500-2508,共9页
This paper presents the compliance modeling of a compliant stage with symmetric configuration. Empirical compliance equations for the circular flexure hinge are first introduced. Using the matrix method, the output co... This paper presents the compliance modeling of a compliant stage with symmetric configuration. Empirical compliance equations for the circular flexure hinge are first introduced. Using the matrix method, the output compliance of a compliant stage with symmetric configuration is then obtained. Finally, the compliances derived from the proposed theoretical model and finite element analysis (FEA) are compared. It indicates that the results calculated by the theoretical model are in good agreement with those derived from FEA, which demonstrates the accuracy of the theoretical model. 展开更多
关键词 Flexure Hinge Compliance Modeling compliant stage Symmetric Configuration
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平面柔性微定位平台的设计分析与优化
2
作者 桂和利 徐伟胜 +1 位作者 许添旗 曹毅 《机械传动》 北大核心 2024年第10期127-137,147,共12页
为设计具有良好静动态特性的柔性微定位平台,提出了两种基于柔性梁与圆弧形柔性铰链所组成的柔性模块的柔性运动副。首先,基于该运动副设计了新型平面2自由度微定位平台结构;其次,采用柔度矩阵法建立了平台力-位移关系及输出位移的理论... 为设计具有良好静动态特性的柔性微定位平台,提出了两种基于柔性梁与圆弧形柔性铰链所组成的柔性模块的柔性运动副。首先,基于该运动副设计了新型平面2自由度微定位平台结构;其次,采用柔度矩阵法建立了平台力-位移关系及输出位移的理论模型,基于传递矩阵法建立了平台固有频率与瞬时动力响应的理论模型,并通过有限元仿真验证了理论模型的正确性。理论研究与仿真验证表明,平台具有较高的静动态性能,其输入输出完全解耦,在0.3mm输入位移下丢失运动不超过1.8%;1阶固有频率为320.34 Hz,在0.1 s时间内动力响应与仿真趋势一致。最后,进行了平台静、动态性能的灵敏度分析和参数优化。结果表明,优化后的平台在同样驱动下丢失运动和固有频率分别优化提升了1.95%和43.9%,进一步提升了平台的动态性能。 展开更多
关键词 柔性机构 微定位平台 传递矩阵法 柔度矩阵法 参数优化
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x-y-θ_(z)大行程无耦合并联压电微动平台的设计 被引量:1
3
作者 陈攀 朱春莉 +3 位作者 崔玉国 胡志谊 杨依领 娄军强 《压电与声光》 CAS 北大核心 2023年第5期705-709,共5页
为了实现大位移行程、无耦合运动的精密定位,设计了一种结构紧凑、工作台面大的x-y-θ_(z)三自由度并联压电微动平台。该文首先采用双柔性薄板的柔顺桥式放大机构对微动平台的驱动单元进行了设计,并基于双平行四连杆柔顺机构设计了微动... 为了实现大位移行程、无耦合运动的精密定位,设计了一种结构紧凑、工作台面大的x-y-θ_(z)三自由度并联压电微动平台。该文首先采用双柔性薄板的柔顺桥式放大机构对微动平台的驱动单元进行了设计,并基于双平行四连杆柔顺机构设计了微动平台的台体,进而获得平台的整体结构。再采用有限元方法对平台的应力、位移放大倍数和模态进行了分析。最后对所设计的微动平台进行实验系统的搭建,并对平台的位移和频率响应特性进行测试。实验结果表明,平台在x方向上的最大输出位移为306.1μm,耦合率为0.26%;平台在y方向上的最大输出位移为402.3μm,耦合率为0.14%;在θ_(z)方向(即绕z轴)的最大转角为2.72 mrad。平台在x、y、θ_(z)方向的位移分辨率分别为10 nm、10 nm、0.1μrad,固有频率分别为104.1 Hz、130.0 Hz、115.6 Hz。 展开更多
关键词 微动平台 压电驱动 桥式柔顺放大机构 双平行四连杆柔顺机构
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压电陶瓷驱动的精密微操作平台特性与优化 被引量:4
4
作者 胡俊峰 郝亚洲 徐贵阳 《纳米技术与精密工程》 CAS CSCD 2014年第5期365-372,共8页
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... 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. 展开更多
关键词 微操作平台 柔顺机构 动态性能 优化设计 静态性能
原文传递
双工件台宏微交接系统设计及实验 被引量:4
5
作者 吴剑威 袁勇 +2 位作者 崔继文 刘永猛 谭久彬 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1673-1680,共8页
为了减少光刻机双工件台换台的时间,保证宏动系统与微动台的可靠连接,设计了一种双工件台快速宏微交接系统。基于柔性杠杆机构设计系统的快速抓卡装置以保证结构的紧凑性,并对其锁紧力进行了分析;设计的抓卡装置中的柔性机构包括柔性杠... 为了减少光刻机双工件台换台的时间,保证宏动系统与微动台的可靠连接,设计了一种双工件台快速宏微交接系统。基于柔性杠杆机构设计系统的快速抓卡装置以保证结构的紧凑性,并对其锁紧力进行了分析;设计的抓卡装置中的柔性机构包括柔性杠杆及下夹板回复单元,采用有限元方法对其进行了分析。设计了快速抓卡装置的充放气回路;为了保证抓卡装置锁紧时的速度和安全性,气动系统可实现抓卡装置锁紧的3个动态过程,从而完成抓紧装置的缓冲锁紧。最后,搭建了抓卡装置下夹板运动测量实验平台和锁紧力测量实验平台。实验结果表明:抓卡装置下夹板的运动行程大于2 mm,能够保证宏动系统和微动台交接过程的安全性。抓卡装置的开启时间为350 ms,快速缓冲锁紧时间为850ms,可承载的X向驱动力大于700N。该系统满足双工件台工作及换台过程对可靠性和快速性的要求。 展开更多
关键词 光刻机 双工件台 交接系统 柔性机构 快速抓卡装置
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一种新型微操作平台的精确运动控制 被引量:8
6
作者 胡俊峰 郝亚洲 +1 位作者 徐贵阳 姚钱 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2016年第2期216-221,共6页
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... 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。 展开更多
关键词 微操作平台 柔顺机构 动态性能 PID控制 压电驱动器
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四种不同柔性铰链的三自由度微定位平台性能比较 被引量:13
7
作者 胡俊峰 徐贵阳 《机械设计与制造》 北大核心 2014年第2期127-129,共3页
为了研究柔性铰链形式对微定位平台性能的影响,对正圆、椭圆、直角和三角柔性铰链的三自由度平台的静态和动态特性进行比较分析。采用有限元软件ANSYS对其特性进行比较分析,分析结果可得如下结论:不同平台的柔度有较大的差别,直角铰链... 为了研究柔性铰链形式对微定位平台性能的影响,对正圆、椭圆、直角和三角柔性铰链的三自由度平台的静态和动态特性进行比较分析。采用有限元软件ANSYS对其特性进行比较分析,分析结果可得如下结论:不同平台的柔度有较大的差别,直角铰链平台柔度最大,三角铰链平台最小,正圆和椭圆柔性铰链柔度相近;铰链形式对平台运动性能有较大的影响,直角柔性铰链平台相对于其他平台具有更小的转角;不同铰链平台在各个方向的位移灵敏度存在差异,圆形铰链平台在各个方向具有更高的灵敏度;柔性铰链形式对平台的固有频率影响较大,直角铰链平台固有频率最小,三角铰链平台最大,正圆柔性铰链和椭圆柔性铰链柔度相近。综合不同柔性铰链平台的性能发现圆形铰链平台具有较好的综合性能。 展开更多
关键词 微定位平台 柔度 3-RRR柔顺并联机构 灵敏度 性能比较
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3自由度精密定位平台的运动特性和优化设计 被引量:54
8
作者 胡俊峰 张宪民 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第12期2686-2695,共10页
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... 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。 展开更多
关键词 柔顺并联机构 柔性铰链 精密定位平台 运动特性 优化设计
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一种新型2自由度微操作平台设计与试验 被引量:1
9
作者 胡俊峰 赵永祥 潘颖颖 《机械设计》 CSCD 北大核心 2019年第2期108-114,共7页
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、... 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。 展开更多
关键词 微操作平台 柔顺机构 柔性铰链 杠杆结构 伪刚体法
原文传递
大行程压电驱动旋转平台的设计与分析
10
作者 陈磊 王化明 朱剑英 《机械制造与自动化》 2009年第2期5-7,11,共4页
提出了一种新的压电驱动的旋转平台,用来在微米及纳米级操作中实现高精度、大行程的转动,平台包括两个夹具、一个驱动器和一个扭矩输出轴。通过驱动器驱动,并且利用两个夹具间的轮换工作而得到连续的旋转位移。分别在驱动器和夹具中使用... 提出了一种新的压电驱动的旋转平台,用来在微米及纳米级操作中实现高精度、大行程的转动,平台包括两个夹具、一个驱动器和一个扭矩输出轴。通过驱动器驱动,并且利用两个夹具间的轮换工作而得到连续的旋转位移。分别在驱动器和夹具中使用Scott-russell机构和桥式机构,通过这两种柔性机构来分别实现旋转运动和得到较大的位移。对于主要的零件部分,使用有限元法进行分析,根据结果进行优化。 展开更多
关键词 压电驱动 旋转平台 柔性机构
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基于正负刚度匹配原理的大行程常力微动平台设计 被引量:1
11
作者 胡俊峰 程亮亮 +1 位作者 张星星 李培 《计算机集成制造系统》 EI CSCD 北大核心 2020年第1期124-133,共10页
为解决常力微动平台的正负刚度匹配问题,提出一种利用具有线性力学关系的正负刚度结构形成常力平台的设计思路。为了形成零刚度结构,分别设计了Z字型和梯形两种力—位移关系为线性的正刚度结构。将所设计的两种正刚度结构与具有线性负... 为解决常力微动平台的正负刚度匹配问题,提出一种利用具有线性力学关系的正负刚度结构形成常力平台的设计思路。为了形成零刚度结构,分别设计了Z字型和梯形两种力—位移关系为线性的正刚度结构。将所设计的两种正刚度结构与具有线性负刚度力学特性的双稳态梁结构进行组合,设计了两种新型的常力微动平台。采用伪刚体方法建立了平台的力学模型,基于该模型采用正负刚度匹配原理确定平台的结构参数。制作样机并与具有非线性力学关系的正刚度结构平台进行比较分析,理论和实验结果表明所设计的平台的常力范围可达2.4 mm,比非线性结构组成的平台增大了1.3 mm,说明了常力平台设计的可行性。所提方法为常力微动平台设计提供了一种更为简易的设计思路。 展开更多
关键词 正负刚度匹配 柔顺机构 常力微动平台 负刚度 零刚度
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高带宽两自由度并联柔顺精密定位平台的优化设计与实验 被引量:6
12
作者 林盛隆 张宪民 朱本亮 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期1774-1782,共9页
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... 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。 展开更多
关键词 精密定位平台 高带宽 优化设计 固有频率
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电磁驱动柔顺微定位平台闭环频域逆迭代学习控制 被引量:6
13
作者 张旭 赖磊捷 +1 位作者 李朋志 朱利民 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期2149-2157,共9页
为了克服音圈电机电磁驱动柔顺微定位平台在大行程范围内存在的低阻尼谐振和动力学特性差异等问题,利用综合数据驱动频域逆迭代前馈补偿和含相位超前校正PI反馈控制的复合闭环频域逆迭代学习控制方法对其进行高速高精控制。首先,搭建了... 为了克服音圈电机电磁驱动柔顺微定位平台在大行程范围内存在的低阻尼谐振和动力学特性差异等问题,利用综合数据驱动频域逆迭代前馈补偿和含相位超前校正PI反馈控制的复合闭环频域逆迭代学习控制方法对其进行高速高精控制。首先,搭建了音圈电机驱动双平行四边形柔性机构微定位系统,并针对不同工作点位进行了动力学模型辨识。然后,为提高系统相对稳定性,设计了含相位超前校正环节的PI反馈控制器。同时,利用输入输出数据对系统频响函数进行在线逆估计并进行前馈补偿,来进一步消除谐振的影响。最后,利用所提出的控制方法进行了跟踪实验并与其它方法进行了对比。实验结果表明,提出的控制方法对三角波期望轨迹的最大跟踪误差为0.175%,相比于PID控制、相位超前PI控制、传递函数逆模型前馈控制,跟踪均方根误差分别减少了8.75,5.43和2.21倍,能够较好满足大行程微纳米定位跟踪精度高、速度快、抗干扰能力强的要求。 展开更多
关键词 音圈电机 微定位平台 柔性机构 相位超前 频域逆迭代
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双向驱动的柔顺结构微动平台的设计与测试 被引量:1
14
作者 罗展鹏 李国平 +2 位作者 韩同鹏 杨依领 赖文锋 《压电与声光》 CAS 北大核心 2020年第2期252-258,共7页
针对微纳操控技术对微动平台提出的大行程、高精度、多自由度和输出位移解耦等要求,设计了一种基于两级放大机构的xy两自由度双向驱动微动平台。分析了微动平台的运动及放大原理,建立了微动平台结构的理论模型和有限元模型,并对其进行... 针对微纳操控技术对微动平台提出的大行程、高精度、多自由度和输出位移解耦等要求,设计了一种基于两级放大机构的xy两自由度双向驱动微动平台。分析了微动平台的运动及放大原理,建立了微动平台结构的理论模型和有限元模型,并对其进行了测试。平台输出特性测试结果表明,微动平台的放大倍数可达8.5倍,与仿真值误差为6.9%,同时耦合位移控制在0.82%内;平台在150 V三角波信号驱动下,x方向上正、负向输出位移分别为84.6μm、-84.2μm;y方向上正、负向输出位移分别为85.0μm、-84.5μm。不同频率下的最大位移只在极小范围内波动,在x、y方向的正、负向输出具有很高的相似性和稳定性,实现了双向驱动,大行程、高精度的目的。 展开更多
关键词 微动平台 柔顺结构 双向驱动 二自由度 有限元分析
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一种新型3-PRR柔顺微动平台的结构与分析 被引量:1
15
作者 贺磊 吉晓民 黄朋涛 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2013年第11期1610-1615,共6页
针对3-RRR柔顺微动平台由于输入的直线位移(压电驱动)与被驱动件的转动(R副)不匹配而带来的传动误差问题,首先对不同型式对称四杆机构的直线位移输出特性进行比对,提出了一种较理想的柔顺直线机构-变截面对称四杆机构;其次,以变截面对... 针对3-RRR柔顺微动平台由于输入的直线位移(压电驱动)与被驱动件的转动(R副)不匹配而带来的传动误差问题,首先对不同型式对称四杆机构的直线位移输出特性进行比对,提出了一种较理想的柔顺直线机构-变截面对称四杆机构;其次,以变截面对称四杆机构作为被驱动机构,提出了一种新型3-PRR平面柔顺微动平台,并对该柔顺微动平台进行了运动学分析,得到了平台的正反解以及雅克比矩阵;利用功能转化原理求得平台的刚度矩阵,最后通过有限元软件进行仿真,分析了随机选取的15组位姿。结果表明:与理论位姿间的最大相对误差仅为1.33%,验证了理论分析的正确性。 展开更多
关键词 柔顺直线机构 变截面 微动平台 位姿 有限元
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一种新型的大行程XY柔性并联微定位平台 被引量:1
16
作者 李振国 于靖军 《常州大学学报(自然科学版)》 CAS 2013年第4期14-19,共6页
大行程高精度柔性并联微定位平台的需求与日俱增。提出了一种新颖的大行程XY柔性并联微定位平台,它具有镜面对称的结构和冗余约束特性,镜像对称结构能够很好地约束了面内寄生转角和交叉轴耦合,冗余约束在提高系统刚度的同时还降低了运... 大行程高精度柔性并联微定位平台的需求与日俱增。提出了一种新颖的大行程XY柔性并联微定位平台,它具有镜面对称的结构和冗余约束特性,镜像对称结构能够很好地约束了面内寄生转角和交叉轴耦合,冗余约束在提高系统刚度的同时还降低了运动平台的质量。建立了柔性微定位平台的柔度矩阵模型,用于确定尺寸参数。最后,通过有限元模型分析,并与理论模型对比。结果显示本文所设计的柔性并联微定位平台具有如下特点:20mm×20mm的大运动行程,两运动轴之间具有较高的解耦度,很好地约束了面内寄生转角,其值小于17.76μrad。 展开更多
关键词 XY柔性并联微定位平台 大行程 交叉轴解耦 柔度矩阵
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Mechatronic design of a novel linear compliant positioning stage with large travel range and high out-of-plane payload capacity 被引量:1
17
作者 Hua LIU Xin XIE +2 位作者 Ruoyu TAN Lianchao ZHANG Dapeng FAN 《Frontiers of Mechanical Engineering》 SCIE CSCD 2017年第2期265-278,共14页
Most of the XY positioning stages proposed in previous studies are mainly designed by considering only a single performance indicator of the stage. As a result, the other performance indicators are relatively weak. In... Most of the XY positioning stages proposed in previous studies are mainly designed by considering only a single performance indicator of the stage. As a result, the other performance indicators are relatively weak. In this study, a 2-degree-of-freedom linear compliant positioning stage (LCPS) is developed by mechatronic design to balance the interacting performance indicators and realize the desired positioning stage. The key parameters and the coupling of the structure and actuators are completely considered in the design. The LCPS consists of four voice coil motors (VCMs), which are conformally designed for compactness, and six spatial leaf spring parallelograms. These parallelograms are serially connected for a large travel range and a high out-of-plane payload capacity. The mechatronic model is established by matrix structural analysis for structural modeling and by Kirchhof^s law for the VCMs. The sensitivities of the key parameters are analyzed, and the design parameters are subsequently determined. The analytical model of the stage is confirmed by experiments. The stage has a travel range of 4.4 mm 7.0 mm and a 0.16% area ratio of workspace to the outer dimension of the stage. The values of these performance indicators are greater than those of any existing stage reported in the literature. The closed-loop bandwidth is 9.5 Hz in both working directions. The stage can track a circular trajectory with a radius of 1.5 mm, with 40 Ixm error and a resolution of lower than 3 ~tm. The results of payload tests indicate that the stage has at least 20 kg out- of-plane payload capacity. 展开更多
关键词 mechatronic design linear compliant posi-tioning stage large travel range high out-of-plane payload
原文传递
一种新型大工作空间和解耦的微操作平台设计
18
作者 胡俊峰 张星星 +1 位作者 杨帅 刘一飞 《机械设计》 CSCD 北大核心 2018年第9期79-85,共7页
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... 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。 展开更多
关键词 微操作平台 Plackett-Burman试验设计 响应面法 柔顺并联机构
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3-PPP型柔性并联微定位平台的设计与分析 被引量:9
19
作者 王保兴 孟刚 +2 位作者 林苗 李巍 曹毅 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期798-807,共10页
为解决现有空间平动柔性并联微定位平台(CPMS)结构布局不紧凑,且多轴驱动时各运动副的寄生运动相互累加,导致平台耦合误差增大的问题。首先,设计了一种基于柔性薄板的分布柔度式3-PPP型柔性并联微定位平台。其次,通过结构优化减小了平... 为解决现有空间平动柔性并联微定位平台(CPMS)结构布局不紧凑,且多轴驱动时各运动副的寄生运动相互累加,导致平台耦合误差增大的问题。首先,设计了一种基于柔性薄板的分布柔度式3-PPP型柔性并联微定位平台。其次,通过结构优化减小了平台的体积,并消除了支链中移动副寄生运动的累加现象。然后,基于柔度矩阵法建立了平台的输入刚度理论模型,并采用有限元仿真验证了理论模型的正确性;同时计算了平台的固有频率,并探究了其与柔性薄板尺寸参数之间的关系。最后,将结构优化前后的平台通过有限元仿真进行了对比分析。结果表明:结构优化后平台的体积减小了67%,且平台在单轴和多轴驱动时均具有更优的运动解耦特性和输入输出一致性。 展开更多
关键词 柔性并联微定位平台(CPMS) 柔度矩阵 耦合误差 固有频率 有限元仿真
原文传递
基于力传感器的下肢康复机器人柔顺控制 被引量:2
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作者 项文凭 潘海鸿 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2022年第10期124-127,共4页
针对下肢康复训练机器人被动训练过程中没有考虑到人机交互力可能对患者造成二次损伤问题,提出一种基于力传感器的下肢康复训练机器人柔顺控制的方案。通过位置控制内环进行轨迹跟踪训练,通过力传感器将检测到的力作用于阻抗控制力外环... 针对下肢康复训练机器人被动训练过程中没有考虑到人机交互力可能对患者造成二次损伤问题,提出一种基于力传感器的下肢康复训练机器人柔顺控制的方案。通过位置控制内环进行轨迹跟踪训练,通过力传感器将检测到的力作用于阻抗控制力外环,当人机交互力大于设定阈值时进行柔顺运动,并且考虑到过大力值转化的顺应位移可能过大问题,通过设定角度阈值,对顺应位移进行限制,避免关节运动范围过大对患者造成伤害。当小于阈值时按照原定的轨迹继续进行被动康复训练。实验结果表明,所设计控制算法实现了对被动训练过程中力的柔顺控制,在保证康复训练效果的同时提高了康复训练的安全性。 展开更多
关键词 柔顺控制 人机交互安全 阻抗控制 康复前期 力传感器
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