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压电微夹钳的复合控制模型及实验
  • ISSN号:1002-0446
  • 期刊名称:机器人
  • 时间:2015.5.15
  • 页码:257-263
  • 分类:TP242[自动化与计算机技术—控制科学与工程;自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
  • 作者机构:宁波大学机械工程与力学学院,浙江宁波315211
  • 相关基金:国家自然科学基金(51175271); 教育部留学回国人员科研启动基金; 浙江省高等学校中青年学科带头人学术攀登项目(pd2013091)
  • 相关项目:可自感知钳指位移与夹持力的4自由度压电微夹钳的研究
中文摘要:

为了获得具有良好静、动态特性的2-DOF并联柔性结构微动平台,在给出平台新构型的基础上,对其进行尺寸优化设计.基于Stewart并联机构思想并对其进行相应的结构改变,设计出了具有对称双圆弧薄板式弹性单元体的2-DOF并联柔性结构微动平台新构型.采用悬臂曲梁变形理论给出了平台各方向的刚度表达式,进而通过加权组合法建立了综合考虑各方向刚度的平台尺寸优化的统一目标函数;采用序列二次规划(SQP)法对所建立的数学模型进行了求解.通过实验测试了优化平台与未优化平台的静、动态特性,结果表明:在150 V驱动电压作用下,优化平台x、y方向的位移分别为22.98μm、23.15μm,满足设计要求;优化平台x、y、z方向的固有频率分别为1.731 k Hz、1.722 k Hz、1.725 k Hz,在各方向的动态特性更加均衡;在50 N阶跃输入力作用下,优化平台x、y方向的响应时间分别为18 ms、20 ms,明显快于未优化平台.

英文摘要:

In order to obtain 2-DOF parallel flexible-structure micro-positioning stage with good static and dynamic characteristics, a new stage configuration is proposed, which is optimized by a size optimization method. The principle and modified morphology of the Stewart parallel mechanism is applied to designing the stage structure, and a new configuration with elastic elements of dual arc thin plates is designed for 2-DOF parallel flexible-structure micro-positioning stage. The stiffness expression in all directions of the stage is given with the deformation theory of curved cantilever beam. And through summating the stiffness expression in all directions, a unified objective function for size optimization of the stage is established by weighted combination approach. Then the mathematical model is solved using sequential quadratic programming(SQP). The static and dynamic characteristics of the stage before and after optimization are tested experimentally. The results show that: the displacements of the optimized stage in x and y directions are 22.98 μm and 23.15 μm at the driving voltage of 150 V, meeting the design requirements. The natural frequencies of the optimized stage in x, y, z directions are 1.731 k Hz,1.722 k Hz and 1.725 k Hz. The dynamic characteristics of the optimized stage are more equal in each direction. The response time of the optimized stage in x and y directions at the input step force of 50 N are 18 ms and 20 ms, which are shorter obviously after optimization.

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期刊信息
  • 《机器人》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国自动化学会 中国科学院沈阳自动化研究所
  • 主编:王越超
  • 地址:沈阳市南塔街114号
  • 邮编:110016
  • 邮箱:jqr@sia.ac.cn
  • 电话:024-23970050
  • 国际标准刊号:ISSN:1002-0446
  • 国内统一刊号:ISSN:21-1137/TP
  • 邮发代号:
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊(2000年)
  • 国内外数据库收录:
  • 荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:11997