發(fā)布時間：2020-07-13 17:18

【摘要】：近幾十年來,越來越多的國內(nèi)外科研機構和企業(yè)的學者開始重視微納定位技術的研究。在微納定位系統(tǒng)中,微角位移平臺主要用于產(chǎn)生微角位移,在遙感衛(wèi)星、精密加工、生物醫(yī)學等領域有著廣泛的應用。隨著角位移平臺的應用領域不斷擴展以及精度要求不斷提高,微角位移平臺正朝著高分辨力、大工作行程、三自由度且結構緊湊的研究方向發(fā)展。而結合國內(nèi)外現(xiàn)有的研究設計可以發(fā)現(xiàn),在其他限制條件保持不變的情況下,大行程與高分辨力相互制約,現(xiàn)有的角位移平臺很難做到兩者兼顧;對于三自由度微角位移平臺,其功能通常通過子平臺堆疊的形式實現(xiàn),子平臺數(shù)目會隨著微角位移平臺自由度的增加而增加,從而導致角位移平臺整體結構復雜;因此微角位移平臺的結構復雜程度與多自由度兩者之間也很難達到平衡。同時,由于三個自由度方向的角位移實現(xiàn)方式存在差異,導致各自由度的角位移分辨力很難達到同一量級,從而導致系統(tǒng)整體的性能指標下降。本課題“三自由度微角位移系統(tǒng)設計與實現(xiàn)”針對三自由度微角位移平臺的分辨力與工作行程、整體尺寸與運動自由度數(shù)量相互制約,各自由度輸出角度分辨力不在同一量級的問題展開研究,設計了一種三自由度分辨力為0.01″、工作行程至少為0～75″、響應頻率達100Hz以上、體積尺寸小于100mm×100mm×100mm的三自由度微角位移平臺。論文主要研究內(nèi)容如下:首先,分析了微角位移平臺國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,設計了微角位移平臺的整體結構方案。對目前微角位移平臺設計方案進行了研究和分析,針對現(xiàn)有微角位移平臺中很難同時兼顧高分辨力和大行程、平臺整體尺寸和自由度數(shù)目相互制約的問題,設計了一種以壓電陶瓷驅(qū)動,以柔性鉸鏈為傳動機構的三自由度微角位移平臺。使所設計的微角位移平臺在結構緊湊的前提下能夠兼顧輸出角位移的工作行程和分辨力。其次,對微角位移平臺的柔性機構進行了合理設計。設計了一種采用一維角位移子平臺與二維角位移子平臺串聯(lián)形式的微角位移平臺,并設計了壓電陶瓷預緊結構�；�于壓電陶瓷特性和平臺設計需求選擇了微角位移平臺中柔性連接機構,并對其進行了剛度分析,得出柔性鉸鏈結構參數(shù)與性能參數(shù)之間的關系。再次,對微角位移平臺進行了理論分析及有限元仿真。通過分析得到了微角位移平臺的理論模型,進而推導出微角位移平臺運動自由度剛度和整體固有頻率的公式并進行計算。并利用ANSYS有限元分析軟件驗證理論計算結果的正確性,最終確定了微角位移平臺的尺寸參數(shù)。最后,對微角位移平臺進行了實驗驗證和數(shù)據(jù)分析。加工并裝配所設計的微角位移平臺,搭建實驗系統(tǒng)并對微角位移平臺的角位移行程、角位移分辨力以及動態(tài)特性等進行測試,同時對理論和仿真結果進行驗證,對比實驗結果與理論計算和仿真結果的差異,分析實驗結果存在偏差的原因,以保證微角位移平臺性能滿足所設計的性能要求。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TH122
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文角位移平臺的研究逐漸向多自由度發(fā)展，并成功應用到、激光通信等領域中。例如，為滿足空間激光通信的Aoki 等人設計了一種由音圈電機驅(qū)動的二自由度微位移徑的鏡子繞垂直恒定點同時繞 X 軸和 Y 軸自由旋轉(zhuǎn)。精度高且響應速度快，角位移精度可以達到 0.206″。高熱背景對敏感遠紅外探測器 HERSCHEL 的影響，Ol設計了一種用于調(diào)整光路的由一個電機驅(qū)動的角位移定其所承載反射鏡口徑大小為 32mm×26mm，可以在 0°精度。

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文中國科學院長春光學精密機械與物理研究所的二自由度微角位移平臺[32]，如圖 1-2 所示，來實現(xiàn)精密直線驅(qū)動，主要由直線微位移機構組成。運用了粗精結合、二次定位的方法后使用角度微驅(qū)動裝置來實現(xiàn)精定位，此角×2500mm，總質(zhì)量約為 7.6t，角度微驅(qū)動

-2 組合機械式驅(qū)動微角定位平臺的結鉸鏈成為了微定位研究領域的熱點行位移傳遞。具有結構緊湊、無機以實現(xiàn)納米量級的定位精度。因然得到了各研究領域的廣泛應用。 Simon G.Alcock 等人于 2015 年由度旋轉(zhuǎn)平臺[33]，如圖 1-3 所示鉸鏈部分，一個角度編碼器和一個壓電元件在車輪型柔性鉸鏈的內(nèi)分相對于固定的外部部分旋轉(zhuǎn)，在 1442″行程內(nèi)的角度分辨力為

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本文編號：2753751