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空间分布压电驱动的多自由度微定位工作台位姿控制模型与实验研究

蔡秀梅  
【摘要】: 微定位机构是指行程小(一般小于毫米级)、精度高(亚微米级、纳米级)、灵敏度高的机构,它是精密机械和精密仪器的关键部件之一。它既可作为微进给和微调部件,也可作为工艺系统误差的静态和动态补偿部件。许多高科技领域都需要微定位技术的支持,压电微定位技术由于有诸多优点,正成为近年国内外的研究热点。 本文在深入分析研究了国内外微定位技术的基础上,研究了一种空间分布压电驱动的多自由度微定位新技术,完成了微定位工作台定位原理研究,建立了微定位工作台位姿控制模型。采用空间并列分布式压电驱动实现微定位工作台的三维平移和三维旋转。在四层平行平板间并列分布九个PZT微驱动器,每层的三个驱动器摆放在一个正三角形的三个顶点上。建立了九个PZT微驱动器伸缩量组合与最上层平板位置、姿态之间转换的位姿控制模型,通过分别控制九个PZT微驱动器的单个伸缩量,实现载物台(最上层平板)的六自由度微定位。 开展了PZT微驱动器特性的研究与实验,提出了在本项目中减小PZT微驱动器自身误差的方法。 设计了空间分布压电驱动的多自由度微定位实验系统,将多路PZT微驱动器、电感传感器、A/D转换卡、计算机、D/A转换卡、PZT驱动电源集成为定位控制实验系统,采用Visual Basic 6.0语言编写了控制软件,设计了实验方案并进行了实验研究。 对微定位系统进行了初步的误差分析,提出了改进措施。 本文研究的空间分布压电驱动的多自由度微定位新技术,从运动原理上消除了各运动方向间的干扰,从而达到将运动方向间的交叉耦合误差减小至可以忽略的数量级。完成六自由度微定位工作台系统集成,实现低干涉、高分辩力、超微进给的高精度三维平移和三维偏转。为MEMS和光通信部件制造以及其它高科技领域的超精密定位工作台的研制提供实用新技术。 实验结果验证了本文研究的空间分布压电驱动的多自由度微定位方案的正确性和实用性,为进一步的工作奠定了基础。


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