全柔性机构的优化设计方法和实验研究（可复制）.pdf

摘要匀嵝曰菇辛松钊敕治觯范嘶当咎宓墓剐臀冗余驱动平面并联全柔性机北方工业大学硕士学位论文近几年,微机电系统虺芃技术得到了迅速发展。然而,与其相关的基础理论研究滞后于的设计和加工工艺,成为阻碍技术发展的瓶颈。材料力学性能研究是的重要基础理论研究领域之一。受加工工艺和尺度效应等方面的影响,材料与其宏观尺度下的材料力学性能并不相同,因此,应进行充分的研究,从而为的设计提供基本的依据。为了能正确测得材料的力学性能参数,有必要研制一台材料力学性能测试仪。本文的研究目的是为一种材料力学性能测试仪的研制解决机构优化设计和驱动技术两大关键问题。该测试仪机械本体的构型为压电陶瓷驱动的哂嗲矫娌⒘H嵝曰梗没构的特点是采用了冗余驱动的方式,有利于提高机构的力传递性能。基于全柔性机构的材料力学性能测试仪主要由精密定位子系统ɑ当咎搴颓缭、试件夹持子系统、载荷/位移测量子系统和测控子系统四部分组成。本文针对精密定位子系统展开卵芯浚诔浞植樵墓谕庀喙匚南椎幕∩希軲牧狭ρ阅懿馐缘囊G螅岢隽薓材料力学性能测试仪的总体方案,对各部分进行了简要分析、设计,并重点阐述了精密定位子系统的设计方案。构。从四分支哂嗲矫娌⒘8招曰谷胧郑辛俗钣沤峁雇仄朔治觯⒔⒒沟脑动学模型,为全柔性机构的设计奠定了基础。曰乖硕阅芎土Υǖ菪阅芪D勘辏捎靡糯惴ǘ曰菇杏呕诖嘶∩仙杓撇加艘恢只谌嵝曰沟娜哂嗲矫娌⒘N⒍埂岷匣当咎搴脱沟缣沾汕鞯奶氐悖杓屏艘惶ň哂卸嘀挚裳∈淙肽J健⑹涑鲈~范围内连续可调的四通道压电陶瓷驱动电源。测试了驱动电源的各种性能,实验数据证明压电陶瓷驱动电源的各项指标满足压电陶瓷的使用要求。本文在研制全柔性机构过程中的优化设计方法以及压电陶瓷驱动电源的设计和实验结论对材料力学性能测试仪的研制有指导和借鉴作用,并为下一步的研究开发打下坚实的基础。关键词:全柔性机构,优化,冗余驱动,压电陶瓷驱动电源,测试仪,砸惦材料本文得到了北京市自然科学基金项目淖手
..甌甌瑃甌,北方工业大学硕士学位论文~旺穜鉯,.,篎,,№...甌.Ⅱ,.,,.Ⅱ.
崧引言微机电系统虺芃,又称为微机械、微系统等,是指适于批量制作的,集微型机构、微型传感器、微型执行器、信号处理和控制及通讯接口电路、能源等于一体的能完成特定功能的微系统技术最初是世纪年代在微电子技术和半导体芯片工业制造基础上发展起来的,而真正时代的来临则开始于世纪年代,当时提出,硅不仅仅是一种半导体材料,而且可以作为力学材料来使用圳“。是多学科交叉的前沿研究领域,它涉及电子工程、机械工程、材料工程、信息工程、物理学、化学、光学以及生物医学等学科与技术。由于对未来人类社会发展所具有的潜在作用,它一诞生就立即引起了世界各国科学界、产业界和政府部门的高度重视。经过十几年的发展,它已成为世界瞩目的重大科技领域之一。既由多学科交叉构成,又服务于多学科,因此有广阔的应用前景,可应用于生物医学、物理化学研究、航空航天、军事、工业、农业,交通信息以及家庭等,如细胞操作、精细外科手术;气相色谱微量分析、微化学反应器中的微泵、微阀、微涡轮机以及微流体输运和控制装置;微型飞机、微卫星中的微惯性检测装置;狭窄空间或特殊工况下的维修微机器人;农业基因工程、环境检测;汽车安全保障系统中的微传感器;计算机存储设备中磁头在磁盘上的精密定位、打印机中打印头的精密定位等等。各国的科学家们预测,在世纪将发展成为很大的高新技术产业⋯然而,技术的应用和产业化并没有人们想象的那样迅速,其主要原因是许多基础理论研究相对滞后于的工艺和设计。与微电子系统不同,包含微构件,这些微构件通过变形或运动实现一定的功能。中微构件尺度一般在微米到毫米级。受加工工艺、尺寸效应和表面缺陷等因素的影响,微构件的许多性能远远超出宏观力学和物理规律的范畴”“⋯。这些性能涉及到微流体、微润滑、材料力学性能以及服役性能等基础理论问题,其研究的相对滞后成为阻碍发展的瓶颈。因此,必须不断深入探索研究的基础理论和基础技术问题,使得的设计和制造有据可依,从而推动的快速发展。“⋯。北方工业大学硕士学位论文
材料力学性能测试方法国内外研究现状材料力学性能是重要的基础理论研究问题之一,它包括硬度、弹性模量、屈服强度、断裂强度、疲劳强度等性能指标。所使用的材料多以单晶硅和在其上形成的微米级、亚微米级厚度的薄膜为主,薄膜材料主要有单晶硅、多晶硅、氧化硅、氮化硅和一些金属。这些材料通过化学气相沉积、溅射、电镀等方法形成薄膜,在经过光刻、蚀刻、牺牲层腐蚀、体硅腐蚀等形成各种形状,构成微构件。微构件尺寸微小,它所表现出来的尺寸效应使得与宏观尺度下同样材料的力学性能具有很大的差异”“⋯。另外,工艺的多样性和特殊性,使微构件的材料组织、表面形貌等发生变化。二者共同作用使得微构件表现出不同的力学性能。因此,在研究中,存在大量的材料力