江西理工大学 能源与机械工程学院, 江西 南昌 330013
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。
柔性铰链 微夹钳 压电陶瓷 精密驱动 伪刚体模型 flexure hinge micro-gripper piezoelectric ceramics precision motion pseudo rigid body
1 河北工业大学 机械工程学院, 天津 300130
2 天津津航技术物理研究所, 天津 300308
为弥补国内航天探测中用于探测器标定的γ源单色性差、能量覆盖范围小等缺陷, 设计了一种康普顿光源精密调节镜架。该镜架由压电陶瓷电机驱动, 通过柔性铰链的柔性变形传递运动, 对激光入射角进行精密调节, 实现激光束与高能电子束精确对撞, 从而获得峰值能量连续变化的γ粒子。利用伪刚体模型理论对该镜架进行建模, 分别得到了该机构沿纬度方向和经度方向的刚度模型和位移模型, 结合有限元仿真, 对位移理论模型和镜架中应力分布规律进行了分析, 其结果验证了机构参数选择的合理性。最终得到了经度、纬度方向调节范围均为1.12°、定位精度不小于6×10-4°的精密调节镜架。
柔性镜架 康普顿光源 精密调节 伪刚体模型 有限元分析 flexible mirror bracket Compton optical source precision adjustment pseudo-rigid-body model finite element analysis 红外与激光工程
2017, 46(2): 0218002
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室 超精密光学工程研究中心，吉林 长春 130033
2 长春理工大学 经济管理学院，吉林 长春 130022
针对光刻投影物镜中光学元件X/Y/θ微动调整的工程需求，研制了一种基于3-RRR结构的光学元件柔顺微动调整机构，并对其位姿正解进行了研究。建立了3-RRR柔顺并联机构的伪刚体模型，并采用矢量代数法理论推导了该机构的位姿正解，得到了它的理论雅克比矩阵。然后，在NASTRAN中建立了3-RRR柔顺并联机构的有限元模型，得到了仿真环境下该机构的位姿正解和雅克比矩阵。最后，对研制的3-RRR柔顺并联机构进行了实验研究，得到了该机构真实的位姿正解和雅克比矩阵。实验结果表明，实验雅克比矩阵的各项系数分别为0.577 7、-0.304 0、-0.283 3、0.002 1、0.524 6、-0.516 5、1.402 6、1.481 9、1.435 3，而理论雅克比矩阵相对应的各项系数分别为0.612 9、-0.306 5、-0.306 5、0、0.530 8、-0.530 8、1.444 6、1.444 6、1.444 6，得到的数据表明: 采用矢量代数法能够理论推导出该机构正确的位姿正解公式。提出的3-RRR柔顺微动调整机构位姿正解方法为微动调整机构的研制提供了设计依据。
柔顺并联机构 光学元件微动调整 位姿正解 伪刚体模型 矢量代数法 雅克比矩阵 flexure parallel mechanism lens micro adjusting mechanism forward kinematic solution pseudo rigid body model vector algebra Jacobian matrix
