基于柔性铰链的无回退压电纳米电机
随着现代信息科技的迅猛发展和进步，高端半导体设备微型化、高性能处理器高集成化、产品生产过程中的操作精细化等使得微/纳米技术成为国内外近几十年研究的热门，而精密定位技术则是微/纳米技术领域中的最为重要和关键的技术基础。其中，具有厘米级行程和纳米级分辨率的连续、平滑、高线性运动位移输出，对高端纳米制造装备而言具有重要的意义和极大的效用价值。因此，本课题基于柔性铰链设计出一个平面二自由度高度解耦的驱动模块，从机械结构上彻底消除寄生运动对于运动精度的影响，最终开发出一种全压电驱动的大行程无回退压电纳米电机。 具体来讲，本课题首先设计了一种能够输出xy双方向解耦位移的柔性压电驱动单元，该单元保证了其生成的运动位移高度线性化；并在摩擦驱动的接触部分创新性地引入一个柔性接触机构，从理论上保证了两个驱动单元能够自由切换，在两者交替工作运行下，最后实现连续大范围的运动；最后，基于所设计的双柔性驱动单元和所引入的柔性接触机构，提出了一种大行程无回退运动生成策略。同时，为了能够更好地执行所设计的大行程无回退运动生成策略和提高电机性能，首先建立了所设计的压电纳米电机运动学模型，并采用柔度矩阵理论对压电电机所包含的柔性结构进行了静力学及动力学建模；然后，在推导得到的压电电机动力学数学模型基础上，采用基于遗传算法的多目标优化算法对压电电机的关键尺寸进行理论优化；随后，在理论推导和优化的基础上，利用ANSYS软件对压电马达进行了有限元分析和性能仿真评价，其中包括静力学有限元分析、瞬力学有限元仿真分析。最后，搭建起原型机系统，根据预实验所获得的实验结果设计了合适的控制波形，并成功地进行了运动生成性能测试；实验结果表明：所设计开发的新型大行程压电电机能连续平滑地输出8nm分辨率、大于10mm行程的超精密运动，并在驱动频率1Hz实现了完全无回退运动位移输出、10Hz至100Hz范围内极大地减小了回退和非线性效应。
无回退压电纳米电机;全压电驱动;柔性铰链;有限元仿真
广东工业大学
硕士
机械工程
陈新;汤晖
2021
中文
TM31
2021-10-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）