一種四自由度微動柔順平臺的設(shè)計與研究.pdf

1、基于柔順機構(gòu)的定位或調(diào)整裝置目前廣泛地應用于各種新型的高科技領(lǐng)域，在微機電，機器人以及生物醫(yī)療等領(lǐng)域中發(fā)揮著不可替代的作用。本文意在設(shè)計一種具有DxDyRxRy四自由度的柔順微動平臺，并基于螺旋理論對它進行相關(guān)的分析和研究。
　　本文首先提出柔順微動結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路。利用約束螺旋理論論證了無法綜合出具有xy2R xy2T四自由度的中心對稱剛性并聯(lián)機構(gòu)的結(jié)論。通過在Awtar二自由度柔順平臺的基礎(chǔ)上搭載具有RxRy微轉(zhuǎn)動自由度的柔順結(jié)

2、構(gòu)，綜合出了一種具有DxDyRxRy四自由度的柔順微動結(jié)構(gòu)方案，并用SOLIDWORKS軟件建立了這種柔順機構(gòu)的三維模型。
　　其次，闡述了應用螺旋理論分析柔順機構(gòu)自由度的原理和方法。將所設(shè)計的柔順微動機構(gòu)分解為相互串聯(lián)或并聯(lián)的柔順單元，利用螺旋量的坐標變換逐步地推導出了柔順滑移鉸鏈和柔順虎克鉸鏈以及各柔順支腿的自由度空間矩陣或約束空間矩陣，最終導出整個柔順微動平臺的自由度空間矩陣表達式，從而表示并驗證了柔順機構(gòu)所具有的DxDyR

3、xRy四自由度。
　　然后，應用螺旋理論中力螺旋和運動螺旋的概念推導得到了柔順滑移鉸鏈在小形變范圍內(nèi)的線性柔度矩陣，對于其軸向柔度，通過有限元仿真對理論結(jié)果進行了驗證，兩者的相對誤差為1.3％。對于柔順虎克鉸，通過仿真得到了它的兩個旋轉(zhuǎn)自由度的柔度值。利用螺旋理論推導了柔順微轉(zhuǎn)動平臺的輸入柔度表達式，它是柔順微轉(zhuǎn)動平臺中作用的兩個驅(qū)動力或驅(qū)動位移與動平臺的微旋轉(zhuǎn)角度之間的關(guān)系。又進一步推導得到了動平臺輸入柔度表達式的簡化形式，并通

4、過有限元進行了仿真分析，表明理論結(jié)果與仿真結(jié)果的相對誤差約為7.3％。
　　最后，針對所設(shè)計的四自由度柔順平臺的工作空間進行了分析，由于Awtar平動柔順機構(gòu)與柔順微轉(zhuǎn)動平臺結(jié)構(gòu)的工作空間相互之間不耦合的特點，而采用分別求解然后進行疊加的分析方法。以1.3的安全系數(shù)下材料達到彈性極限作為柔順機構(gòu)處于工作空間邊界的判斷依據(jù)，通過有限元仿真得到動平臺在16處等間距的旋轉(zhuǎn)方向上的最大轉(zhuǎn)角，進而利用MATLAB進行曲面插值得到了動平臺在整