基于芯片剥离参数分析的蓝膜固定直径可调式顶针罩设计与分析

针对现有芯片剥离工艺参数理论分析只进行单独参数分析并不考虑参数之间相互影响的问题,文中采用田口方法对在芯片剥离过程中的蓝膜固定直径和蓝膜底部真空吸附力这两个工艺参数进行了主次效应分析和交互作用分析,得出了蓝膜固定直径是影响芯片剥离的主要影响因素而蓝膜底部吸附力是次要影响因素的结论;进而基于该结论,设计了一种可调节蓝膜固定直径的顶针罩装置,并采用了ANSYS软件的流体模块分析和验证了这种可调节蓝膜固定直径顶针罩装置的可行性,为提高芯片剥离效率和增加芯片良品率提供新的思路。

空间全柔性机构位置分析的刚度矩阵法

柔性机构是一种依靠构件元素的弹性变形传输所希望运动的机构 .具有集中柔度的全柔性机构是其中的一种类型 .由于空间全柔性机构中存在球副 ,使得目前通用的伪刚体模型法受到限制 ,为此提出了一种扩展伪刚体模型法 .并以 6 RSS并联全柔性机构为例对其位置解问题进行了分析 :首先利用结构分析中的位移法建立起柔性铰链的刚度模型 ,同时通过一系列坐标系的建立和转换 ,建立起机构的变形协调方程、位置闭环方程及静力平衡方程 ,进而求得机构的位置解 .该方法充分考虑了机构中弹性构件的变形 。

空间站展开机构虚拟样机仿真及可靠性分析

柔性机构的运动具有复杂非线性的特点,为了进行柔性机构的运动分析和动态可靠性分析,提出了一种集成仿真环境下建立虚拟样机模型并进行运动仿真的方法。在UG-ANASYS-ADAMS多软件平台上进行动力学分析,利用蒙特卡罗随机抽样方法进行随机动态响应分析。在MATLAB中建立神经网络进行随机动态响应仿真实验以减少时间成本,得到了运动参数动态响应分布特性和运动参数的动态可靠度。通过空间站柔性展开机构实例分析和计算,结果表明该方法可以用于复杂柔性机构的仿真和分析,具有精度高、时间成本小的优点。

分布式全柔顺机构伪刚体建模

分布式全柔顺机构不包含刚性杆件和运动副,其运动与能量的转换完全由柔顺构件的变形来实现,具有结构简单、质量轻和无关节间隙等优点。以J型储能脚为例研究此类机构伪刚体建模方法。为了提高模型精度,将柔顺机构等效成弹性铰接多刚体系统,基于柔顺构件的几何形状和刚度分布提出伪刚性段划分的曲率原则与刚度原则,给出等效关节扭簧常数的修正计算公式。应用影响系数理论给出弹性铰接多刚体系统受力变形的计算公式。通过与有限元计算结果对比,讨论伪刚体模型分段方法、段数和扭簧常数等因素对模型精度的影响,验证基于几何形状和刚度分布的伪刚性段划分方法的合理性,并获得了J型储能脚合理的划分段数和修正系数值。本建模方法不仅适用于开环分布式柔顺机构,还可以进一步应用于闭环分布式柔顺机构的伪刚体建模。

精密微位移工作台的设计与性能分析

在微位移技术中,柔性铰链是实现微位移和高分辨率的理想机构。结合精密磨床工作台高精度、高分辨率和大刚度的特点,以及满足工作台的工作行程和进给稳定性要求,设计了宏微两级精密进给机构;建立了柔性铰链导向机构的理论模型并进行刚度分析;详细给出了柔性铰链的参数设计、有限元分析和疲劳寿命分析。

一种刚柔混联欠驱动草莓采摘机械手设计

我国大面积种植草莓多采用垄作栽培方式,加之草莓果实不定期成熟的生长特点,使得人工采摘草莓劳动强度和作业量非常大,因此开发一种代替人工作业的草莓采摘机构成为亟待解决的问题。本研究针对温室内地垄式栽培草莓实现自动化低损采摘的需求,创新设计出多指式刚柔混联欠驱动草莓采摘机械手,并利用气动肌腱实现驱动。该机械手设置欠驱动关节,具有结构简单、低能耗的特点;同时在手指单元中加入柔顺构件,利用其柔性变形可减小采摘中对果实的损坏。通过动力学仿真分析结果表明,该机械手能够实现采摘中对草莓果实的抓取包络动作。

三平移全柔性并联微动机器人机构静力学分析

对新型非对称三平移并联机构{R∥R∥R∥P(4R)}∥{R∥R∥P(4R)∥R}⊥{R∥R∥R∥P(4R)}普通的转动关节全柔性化,形成非对称全柔性三平移微动并联机器人机构。利用"伪刚体模型"法,以普通的转动副加上等效的双向扭转弹性元件替代每个柔弹性关节,形成全柔性并联机器人机构的伪刚体等效模型。采用与"摩擦圆理论"分析法相似的力分析方法,分析了全柔性并联机器人机构的静力学问题,发现机构虽然具有优良运动解耦性,但其静力学性能较差。

柔性机构变形动态响应可靠性分析方法

柔性机构中柔性构件变形的动态响应为高度非线性。为了进行柔性机构的动态可靠性分析,提出了柔性机构变形动态响应可靠性分析理论,按照多柔体系统动力学方法建立了柔性机构动态可靠性分析模型,提出了变形动态响应可靠度计算方法。利用蒙特卡罗随机模拟方法抽取少量随机变量样本数据,计算构件变形动态响应随机过程的时间截口分布特性,结合人工神经网络方法进行构件变形动态响应的随机过程分析,得到整个运动时域内变形的随机过程分布规律。通过柔性机构实例进行变形动态响应可靠度计算,结果表明该方法对柔性机构设计和分析具有理论方法指导意义。

平面三自由度微动工作台的输入耦合分析

基于线性分析理论,建立了柔性铰链式平面三自由度精密定位平台的分析模型;提出了一种计算该类工作台输入耦合的线性求解方法,该方法具有求解简便和计算量小等优点;针对微动工作平台的特点建立了有限元分析模型,通过有限元仿真,验证了线性法的正确性;讨论了有关参数对工作台输入耦合的影响程度,给出了对输入耦合有较大影响的设计参数。研究结果对设计低耦合输入微动工作平台具有指导意义。

基于柔性铰链的微位移放大机构设计

为了对柔性铰链进行优化设计,定义了一个新的参数并用它来讨论5种常见的柔性铰链—直梁型柔性铰链、圆角直梁型柔性铰链、椭圆型柔性铰链、抛物线型柔性铰链和双曲线型柔性铰链。首先建立了一个柔性铰链的有限元模型并用理论分析验证它的正确性。由于刚度是影响柔性铰链性能的最重要的参数,定义了一个参数λ——柔性铰链凹口处长与宽的比值。然后通过有限元分析得出5种柔性铰链刚度比值ε的曲线,并且基于此比值设计了一个压电致动器的微位移放大机构。本文的设计方法以及刚度比ε有助于我们设计这一类型的微位移放大机构。

具有三层结构的SU-8胶V形微电热驱动器

为解决SU-8胶微电热驱动器在工作过程中存在平面外运动的问题,提出了一种具有铜-SU-8胶-铜三层对称结构的新型SU-8胶V形微电热驱动器。采用刚度矩阵方法建立了包含被驱动结构刚度的微电热驱动器力学模型,并针对一种柔性微夹钳,利用该模型对微电热驱动器进行了几何参数设计。利用Ansys仿真软件对所设计微驱动器进行了分析,仿真结果验证了所建模型的合理性。提出了一种新的MEMS加工工艺来制作三层结构微电热驱动器,并测试了它的性能。结果表明,实验结果与仿真结果相差不大,在150mV驱动电压下,所设计微驱动器温度仅升高约32.93°C,并对微夹钳产生约2.5μm的输入位移,使微夹钳产生126μm的钳口距离改变量。微驱动器仅消耗大约30.35mW的功率,钳口的平面外运动小于500nm。最后,利用微电热驱动器驱动的微夹钳成功地对一个长1.2mm,宽135μm,厚50μm的SU-8胶材料微型零件进行了微操作实验,实验证明了微驱动器实际性能基本满足设计要求。

柔性并联平台的动力学建模及主动振动控制

针对柔性并联机器人的结构振动及控制问题,提出在并联机器人的柔性构件上附加多组成对的压电换能器进行振动测量和主动振动控制的方法。首先,设计了基于直线超声电机驱动的3-PRR(P代表移动副,R代表转动副)柔性并联定位平台;其次,根据Hamilton方程和假设模态法,并考虑到每条支链中柔性杆终端的实际边界条件,分别建立了三条对称支链和移动平台的动力学模型,通过施加闭链约束方程,得到了3-PRR柔性并联平台的刚柔耦合动力学方程;然后,为有效抑制振动,在柔性杆上安装多组成对的压电驱动器和传感器,从而使柔性杆具有智能结构的特性;最后,基于此模型,提出了采用PD反馈控制器和SRF应变率反馈(Strain rate feedback)控制器相结合的混合控制方法来进行轨迹跟踪与振动抑制,并给出了基于李雅普诺夫理论的稳定性证明。Matlab仿真结果表明:所提出的基于多组压电换能器的混合控制方法可以使动平台在准确跟踪目标轨迹的同时,实现对柔性杆残余振动的快速抑制,进而提高定位平台的效率和精度,为后续的工程实验提供了理论支撑。

大变形柔性铰链的静刚度分析及应用

大变形柔性铰链可由弹性较大的橡胶材料制成,而橡胶材料的应变-应力关系不符合胡克定律,其关系可由应变-能量函数关系式导出,为此,采用Mooney-Rivlin模型对形变能量函数进行简化,通过适当选取材料常数的比值,对其非线性的应力-应变关系进行分段线性化,导出圆角型柔性铰链在大变形时转角刚度的近似计算公式.通过有限元仿真对近似计算公式进行了验证.在此基础上,应用大变形柔性铰链构造扑翼式微型飞行器中的柔性胸腔,由转动电机作为驱动器,利用柔性铰链的变形实现翅膀的扇翅运动,实际应用效果表明可有效增大扇翅角并提高能量利用率.

基于有限元方法的柔性铰链式微夹持器优化设计

设计了一种以柔性铰链为转动副的微夹持器。微夹持器采用压电陶瓷驱动,具有结构简单、加工方便、夹持范围大等优点。在设计过程中,采用有限元方法,推导了柔性铰链的刚度矩阵与一致质量矩阵,优化了微夹持器的结构尺寸。为了验证算法的正确性,根据优化后的尺寸建立了几何模型,并利用ANSYS有限元分析软件对夹持器进行了静力学和动力学分析,分析结果与计算结果吻合较好,说明了算法的正确性。

柔性铰链微夹持机构的研究

在研究柔性铰链的基础上,介绍了平面柔性铰链微夹持机构的设计与制作,并对此进行了张合实验.利用解析法和实验,分别得出了平面柔性铰链夹持机构的放大倍数和总张合量.通过调整杠杆机构各个臂长之间的关系,就可以改变微夹持机构的放大倍数和输出的大小,夹持部分的张和量是输入位移的96倍.研究结果表明,平面柔性铰链微夹持机构的输入和输出位移具有良好的线性度,放大倍数可以根据需要进行调整.采用压电陶瓷作为动力组件,通过对压电陶瓷施加电压的调节来精确控制其张合量的大小,可用于对微型零件的操作,因此具有精度高、易控制、性能稳定的优点,可集成于微型装配系统中,并具有广阔的应用前景.

压电陶瓷驱动器杠杆式柔性铰链机构放大率计算方法

在精密微位移领域,杠杆式柔性铰链机构常被用来放大压电陶瓷驱动器产生的微小位移。在考虑柔性铰链转动中心偏移量的基础上,推导出杠杆式柔性铰链机构放大率计算公式,并采用有限元分析和实验测试进行验证。通过公式计算、有限元仿真分析和实验测试得到的放大率分别为8.31、8.38和8.20,有限元仿真值和公式计算值之间的误差为1%,实验测试值和公式计算值之间的误差为1.3%,证明了计算公式的正确性。

柔顺机构的疲劳可靠性优化设计

基于伪刚体模型 ,以可靠度最大为目标 ,综合概率、疲劳和优化等学科的知识 ,给出了一种对柔顺机构进行优化设计的方法。建立了基于可靠性的随机变量优化问题的一般模型 ,分析了将概率约束条件转化为确定形式约束条件的方法 ;考虑柔顺元件的变形特性 ,计算了其随机疲劳强度、最大应力 ,分析了典型的约束形式 ;通过算例验证了该方法的正确性 ,结果表明 ,柔顺元件的可靠性对尺寸或材料特性等方面的变化比较敏感。

阻尼合金非线性本构关系及其在弹性机构动力学中的应用

对所开发的阻尼合金材料,测量其在不同力幅脉冲激励下的响应,发现其损耗因子随着应变值的上升而增大。在对多种拟合模型比较基础上,选取二次曲线函数描述该阻尼合金的比阻尼能力随应变的变化规律。将所得变化规律与等效粘性阻尼理论相结合,给出了一种依赖于应变和频率的非线性阻尼本构关系式。根据变形体虚功原理,导出了包含该非线性阻尼关系的弹性连杆机构系统运动微分方程。将状态变量法与Pade逼近法相结合,给出了一种求解该复杂非线性系统的数值算法。数值计算与试验结果吻合,表明了所提理论方法的正确性和有效性。

随机参数弹性连杆机构运动功能的可靠性分析

在同时考虑机构物理参数和几何参数随机性的情况下,利用矩法求得机构刚性位移的均值和方差;应用弹性动力学KED分析法与威尔逊—θ法相结合的方法进行了弹性位移响应的计算分析,结合Monte—Carlo数字模拟获得机构弹性位移响应在整个周期内的均值和方差;采用代数综合法求得机构输出总位移的均值和方差,建立了机构运动功能可靠性的分析模型。通过算例,分析了机构的弹性变形和各随机参数对机构运动功能可靠性的影响。

菱形压电微位移放大机构的设计

为提高叠层压电陶瓷作动行程,并使之具有往复对称作动的特性,提出一种基于三角放大原理的菱形压电微位移放大机构。该机构以叠层压电陶瓷作为驱动元件,利用三角位移放大原理,在放大叠层压电陶瓷位移输出的同时,实现在平衡位置两侧的双向主动输出。提出了相应的驱动方法,实现了对该机构输出方向和大小的控制。分析了机构的工作原理,通过解析计算得到该机构的理论放大倍数为2.9,与所建立有限元模型通过仿真计算得到放大倍数2.5相近。制作了试验样机并进行了试验验证,结果显示:该机构在驱动电压为200V时最大输出位移为(32±16)μm,对叠层压电陶瓷位移输出的放大比例为2.4倍,与理论计算相近;频率响应试验表明信号频率对位移输出影响较小。提出的设计方案实现了位移放大和位移双向主动输出这两个预期目标。