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微纳技术与精密机械
二自由度大行程无耦合压电粘滑定位平台
吴彤
1
杨依领
1,*
吴高华
1
崔玉国
1
魏燕定
2
作者单位
摘要
1
宁波大学 机械工程与力学学院 浙江省零件轧制成形技术研究重点实验室, 浙江宁波352
2
浙江大学 机械工程学院 浙江省先进制造技术重点实验室,浙江杭州31007
针对微操作与微装配任务对多维大范围精密定位运动的需求,采用粘滑驱动原理并结合压电柔顺机构设计二自由度、大行程、无耦合并联定位平台。利用桥式机构对内置压电驱动器进行位移放大,并与复合解耦结构配合构成二维柔顺驱动机构。交叉滚柱导轨则连接移动台与驱动机构,并通过预紧螺钉调整接触摩擦力,进而获得良好的粘滑运动特性。采用有限元法建立定位平台的静力学模型,并对位移放大倍数、应力和固有频率进行仿真分析。最后,搭建实验测试系统验证定位平台的输出性能。实验结果表明:在扫描驱动模式下,驱动电压为150 V时,平台
x
和
y
向的输出位移分别为63.84 μm和62.61 μm,耦合比为0.52%和0.59%,分辨率为6.5 nm和7.2 nm;在步进驱动模式下,驱动电压为120 V时,平台在
x
和
y
向的单步位移分别为47.31 μm和47.20 μm,耦合比为0.69%和0.73%,
x
正向、
x
反向、
y
正向和
y
反向的运动分辨率分别为0.49,0.47,0.47和0.42 μm,最大垂直负载为50 N,设计的压电粘滑定位平台满足所需性能要求。
压电驱动
桥式机构
粘滑运动
定位平台
piezoelectric actuation
bridge mechanism
stick-slip motion
positioning platform
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光学 精密工程
2024, 32(1): 62
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