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
1 上海大学 机电工程与自动化学院, 上海 200072
2 苏州大学 机器人与微系统研究中心, 江苏 苏州 215021
3 哈尔滨工业大学 机器人技术与系统国家重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150080
设计了一种以平行板铰链机构进行导向, 以桥式机构进行位移放大的新型压电陶瓷驱动微定位平台。应用弹性力学和材料力学理论建立该平台的桥式放大机构和平行板铰链机构的理论模型, 分析了平台的驱动力、输出位移、刚度和固有频率, 并运用Matlab软件优化了桥式机构铰链长度、厚度, 平行板铰链长度及厚度等几何参数, 获得了微定位平台的最优值。对优化后的结果进行了有限元仿真, 并搭建了测试系统对平台性能进行了测试。测试结果显示, 理论分析与实验结果的最大误差为9.8%, 有限元分析与实验结果的最大误差为4.2%, 得到的结果验证了理论分析和有限元分析的正确性, 实现了平台体积小, 放大倍数高, 位移输出大的设计目标。
微定位平台 桥式机构 平行板机构 柔性铰链 有限元分析 优化设计 micro-positioning stage bridge-type mechanism parallel board mechanism flexure hinge Finite Element Analysis( FEA) optimal design
