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一种新型三自由度并联微动机构的分析与设计研究

张悦  
【摘要】: 随着科技的发展,实现精细操作的微动机构正受到人们的日益关注,并将具有广阔的应用前景和巨大的发展潜力,为此设计分析满足特定要求的新型微动机构就显得尤为重要。 本文基于3-5R并联机构设计分析了一种新型的由压电陶瓷驱动的微动机构。作为研究微动机构的基础,论文分析了微动机构运动学的若干问题。在充分考虑微动机构的特点,利用D-H法,经过合理的抽象简化,得出机构的反解;通过对微动机构微动特性的分析,建立了一阶影响系数矩阵,并进一步对机构进行了速度分析。 针对利用柔性铰链的弹性变性来实现微动的机构来讲,机构的静刚度对其动态特性及其承载状态下的定位精度有着重要的影响。因此,本文通过柔性矩阵得到了机构末端的静刚度矩阵,并得到刚度性能与机构尺寸的关系,为优化微动机构的结构尺寸设计提供了理论依据。 对该微动机构的模型参数进行了详细的设计与分析。在阐述微动机构柔性铰链的基础上,对机构材料、加工方法进行选择;设计机构参数,确定机构的最佳模型;利用有限元软件对机构进行安全校核,验证了机构设计的可行性。 最后设计了该并联微动机构的控制器。采用单片机对机构进行运动控制,对控制器中的各部分元件进行了选择,设计了控制器的硬件系统及部分的软件系统。


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