为了实现对微纳尺度下物件的精密夹持, 建立了柔性微夹钳系统。并对该系统柔性夹钳设计、运动学、动力学和控制方法等进行研究。首先, 利用柔性铰链设计方法设计了柔性微夹钳, 利用伪刚体法建立了机械的伪刚体模型。接着, 以伪刚体模型法建立了系统的运动学模型, 即机械放大比和输入刚度等数学模型。然后, 利用拉格朗日方法建立了系统的动力学方程, 得出系统的自然振动频率。最后, 通过ANSYS有限元方法对系统建立的模型进行了仿真分析和验证, 此外, 利用PID控制算法对微夹钳系统进行实验控制。实验结果表明: 跟踪控制结果误差为2.4%; 放大比为9.12倍。基本满足微纳尺度下的微夹持工作, 其工作精度可达微米级别甚至纳米级别, 符合设计要求。

为满足微纳操作系统对精密驱动技术的需求, 本文提出了一种基于黏滑原理的小型精密运动平台。该平台将柔性铰链、惯性质量块以及弹性元件结合为独立的定子基座, 并与压电叠堆、陶瓷球固连为定子, 安装在平台基座底部, 通过螺钉调节弹性元件端部垂直方向的位置, 就可以改变定子与移动台间的预压力, 进而获得最佳的驱动力。为研究黏滑驱动的运动机理, 分析各参数对平台运动的影响, 进行了力学建模; 而摩擦力作为黏滑驱动的关键因素, 为了能准确地表达黏滑驱动的摩擦机理, 在力学建模中引入了LuGre摩擦模型, 并利用Matlab/Simulink软件进行了仿真分析。设计加工的黏滑驱动平台的整体尺寸为40 mm×40 mm×18 mm, 质量为32 g。试验表明: 该平台最小可实现10 nm的运动步长, 速度最高可达2.5 mm/s, 行程为22 mm。