新型二维并联柔性结构微动平台的设计

为克服串联式和现有并联式二维柔性微动平台的不足，基于Stewart并联机构思想来设计二维并联柔性微动平台的新构型。首先，基于结构简单紧凑、固有频率高、便于传感器安装等要求，采用Stewart并联机构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；其次，采用有限元方法对平台的尺寸参数进行了优化，并对其静动态特性进行了仿真分析；最后，通过试验对平台的性能进行了测试。结果表明：在150V电压下时，平台X和Y方向的位移分别为22．88μm和23．25μm；平台X和Y方向的固有频率分别为1．712kHz和1．706kHz；在10N的阶跃输入力作用下。平台X和Y方向的响应时间均约为20ms。

2-DOF并联柔性结构微动平台的新构型及尺寸优化

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.