一种三级放大柔顺压电微夹钳的设计与测试
王海涛1
陈国强2
王耿3
1.河南理工大学 建筑与艺术设计学院,河南 焦作 4540002.河南理工大学 机械与动力工程学院,河南 焦作 4540003.河南理工大学 机械与动力工程学院,河南 焦作 454000;西南科技大学制造科学与工程学院,四川 绵阳 621010
摘要：目的 为了研制一种可实现大行程、高固有频率、力/位移同时精确可控的高性能压电微夹钳,方法 基于三级柔顺放大原理,提出一种新颖的压电微夹钳设计和研制方案.首先,分析压电微夹钳三级柔顺机构位移放大倍数的计算方法、静力学特性和动力学特性的理论结果;其次,通过有限元仿真对压电微夹钳静力学特性和动力学进行检验;最后,在对该微夹钳原型实验装置标定的基础上,对其进行放大比测试和谐振频率测试,并对夹持力和钳指位移进行开闭环精确跟踪实验.结果 基于开环跟踪实验可得,微夹钳的实际放大倍数为18.41倍,在频率为0.1 Hz、幅值为100 V正弦电压驱动下,微夹钳的最大输出位移为112.3 μm,最大夹持力为130.1 mN;基于闭环跟踪实验可知,微夹钳的动态性能良好,钳指位移的均方根误差为 0.61 μm,夹持力跟踪的均方根误差为0.88 mN.结论 上述结果表明,所设计的微夹钳不仅具有较高的行程放大能力、高固有频率,而且可以对钳指位移和夹持力进行有效地精密跟踪.与开环相比,设计的微夹钳在闭环跟踪条件下能有效抑制系统的低频操作非线性特性,使力和位移跟踪误差显著减小,但是适用于高频跟踪的先进控制方法仍是未来需要继续研究的方向.
关键词：压电驱动器微夹钳迟滞非线性闭环控制柔顺机构
分类号：TH744(仪器、仪表)
资助基金：国家自然科学基金(51505133)河南省科技攻关计划项目(212102210045)四川省重点研发计划项目(23ZDYF0471)西南科技大学科学研究基金资助项目(22zx7140)
论文发表日期：2025-05-22
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：9( 147-155 )
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