导　　师： 张宪民

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 伴随着精密工程、材料科学、生物技术与现代医疗的发展,微纳操作在过去二十年间日益受到重视。微夹钳是微纳操作系统的一种典型末端执行器,并发展出多种驱动方式。压电驱动具有位移分辨率高、响应速度快等优势,与微纳操作发展方向吻合。而柔顺机构以其制造工艺简单,免装配,无间隙回差,免润滑,无摩擦磨损,容易实现微型化等优点,成为精密工程中执行机构的重要实现形式。本文正是在这一背景下,对基于柔顺机构的压电驱动微夹钳进行研究。从研究现状看,压电驱动微夹钳的关键问题包括:扩大夹持行程策略;压电驱动器与机构耦合问题;微夹持精度。相比其它类型微夹钳,压电驱动微夹钳在小型化、微型化方面存在挑战。而小型化、微型化的发展方向对压电驱动微夹钳关键问题研究提出了新要求。本文将结合小型化发展方向,应用柔顺机构的设计分析方法,对压电驱动微夹钳关键问题进行系统研究,主要内容如下。首先,综合考虑紧凑性、平行夹持与扩大夹持行程,设计一种新型的柔顺正交位移放大机构构型,该机构无需双向对称输入力便可消除输出端寄生位移,有利于压电叠堆驱动微夹钳小型化。具体内容包括:构型分析,确定待定结构参数数量;在小变形条件下,不计铰链形式,推导出具有一般柔度形式的设计方程;对于含有两类典型柔顺铰链的新型机构,分别推导出静力学模型;结合设计方程与静力学模型,可以设计出具体的新型柔顺正交位移放大机构;对性能评估参数(包括位移放大倍数、寄生位移评价参数)进行建模与分析;以性能评估参数为标准,利用小变形静力学有限元分析验证了设计算例的有效性。接着,对柔顺正交位移放大机构进行大变形几何非线性分析与尺寸优化。大变形分析分为三个层次:新型机构输出位移的大变形分析;对新型机�

关 键 词： 压电驱动 柔顺位移放大机构 微夹钳 几何非线性 耦合关系 寄生位移

领　　域： []