Comparació de rendiment de plataformes de micro-posicionament de tres graus de freqüència per a una circular perfecta,

El banc de posicionament de nivell micro-nano té un paper crucial en el mecanitzat de precisió, la mesura de precisió, l’enginyeria de microelectrònica, la bioenginyeria, la nanociència i els camps de tecnologia. Amb la seva importància creixent i aplicacions àmplies, els requisits per al banc de treball en termes de precisió, estabilitat, rigidesa i resposta han esdevingut més exigents. Els mecanismes compatibles, que utilitzen frontisses flexibles en lloc de parelles cinemàtiques tradicionals, han aparegut com un nou tipus d’estructura de transmissió per a plataformes de micro-posicionament. Aquests mecanismes proporcionen avantatges com ara la fricció o la bretxa mecànica, la sensibilitat al moviment elevada i la simplicitat del processament. L’elecció de les frontisses flexibles és fonamental per al rendiment de mecanismes paral·lels conformes.

Resum (original):

L’abstracte de l’article original discuteix la comparació i l’anàlisi de les característiques estàtiques i dinàmiques d’una plataforma de tres graus de llibertat mitjançant diferents formes de frontissa flexibles, incloent cercle perfecte, el·lipse, angle dret i frontisses triangulars. Destaca les diferències en la flexibilitat, el rendiment del moviment, la sensibilitat al desplaçament i la freqüència natural entre les plataformes. Es troba que la plataforma de frontissa circular presenta un millor rendiment global en comparació amb altres formes de frontissa.

Resum (ampliat):

En aquest article ampliat, volem discutir encara més la influència de la forma flexible de la frontissa en el rendiment de les plataformes de micro-posicionament. Proporcionarem una anàlisi detallada de les característiques estàtiques i dinàmiques dels mecanismes paral·lels conformes que utilitzen diferents formes de frontissa flexibles. El focus es centrarà en el cercle perfecte, l’el·lipse, l’angle dret i les plataformes de frontissa triangulars, comparant la seva flexibilitat, el rendiment del moviment, la sensibilitat al desplaçament i la freqüència natural.

El mecanisme compliment, amb les seves frontisses flexibles, ofereix una alternativa prometedora a les parelles cinemàtiques tradicionals. Elimina la fricció i les llacunes mecàniques, alhora que proporciona un alt nivell de sensibilitat al moviment i simplicitat del processament. L’estructura paral·lela dels mecanismes conformes també millora el seu funcionament de precisió i les capacitats de posicionament, fent -les adequades per a diverses aplicacions que requereixen una resolució de moviment elevada, una resposta ràpida i dissenys compactes.

Per analitzar la influència de diferents formes de frontissa flexibles en el rendiment de les plataformes de micro-posicionament, es van dissenyar i comparar quatre mecanismes paral·lels compatibles amb 3-RRR. Aquests mecanismes estan equipats amb frontisses flexibles de diverses formes, com ara cercle perfecte, el·lipse, angle dret i triangular.

Utilitzant el programari d'anàlisi d'elements finits ANSYS, es van avaluar les característiques estàtiques i dinàmiques de les plataformes. L’anàlisi de la flexibilitat, basada en la comparació de matrius de compliment, va revelar diferències significatives entre les plataformes de frontissa. La plataforma de frontissa de l’angle dret va demostrar la màxima flexibilitat, mentre que la plataforma de frontissa triangular va mostrar la flexibilitat més baixa. Les plataformes perfectes del cercle i de la frontissa el·lipse mostraven una flexibilitat similar.

També vam investigar el rendiment cinemàtic de les plataformes analitzant les matrius jacobianes. Si bé les quatre plataformes van aconseguir el moviment desitjat, el seu rendiment en diferents direccions va variar considerablement. Això indica que la forma flexible de la frontissa té un impacte significatiu en el rendiment del moviment dels mecanismes paral·lels compatibles. Sobretot, la plataforma de frontissa de l’angle dret va mostrar un angle de rotació menor en comparació amb les altres plataformes.

A més, es va realitzar una anàlisi de sensibilitat per estudiar la influència del desplaçament d’entrada en el desplaçament de la sortida. L’anàlisi va revelar diferències en la sensibilitat del desplaçament entre les plataformes de frontissa en totes les direccions. La plataforma de frontissa circular presentava una sensibilitat més gran en totes les direccions, cosa que indica un millor rendiment global.

Finalment, vam comparar les freqüències naturals de les quatre plataformes. Es va trobar que la plataforma de la frontissa de l'angle dret tenia la freqüència natural més petita, mentre que la plataforma triangular de la frontissa tenia la més gran. El cercle perfecte i les plataformes de frontissa d’el·lipse mostraven freqüències naturals similars.

En resum, la nostra anàlisi posa de manifest la influència significativa de la forma de frontissa flexible en el rendiment de les plataformes de micro-posicionament. L’elecció de la forma de la frontissa afecta la flexibilitat, el rendiment del moviment, la sensibilitat al desplaçament i la freqüència natural dels mecanismes paral·lels compatibles. A partir de les nostres troballes, la plataforma de frontissa circular va mostrar un rendiment global superior en comparació amb altres formes de frontissa.

Referències:

- Yue Yi, Gao Feng, Zhao Xian-chao. "Relació entre la força d'entrada, la càrrega útil, la rigidesa i el desplaçament d'un micro-manipulador paral·lel perpendicular 3-DOF". Journal of Mechanism and Machine Theory, 2010, 45 (4): 756-771.

-Teo tat Joo, Chen I-Ming, Yang Gui-Lin. "Un model d'aproximació genèrica per analitzar grans desviacions en línia de les juntes de flexió basades en feixos." Precision Engineering, 2010, 34 (4): 607-618.

- Tian Y., Shirinzadeh B., Zhang D. "Disseny i optimització del ventilador paral·lel del ventilador xyz amb frontisses de flexió." Journal of Intelligent & Sistemes Robotic, 2009, 55 (4): 377-402.

- Ki Woon Chae, Wook-Bae Kim, Young Hun Jeong. "Un nanopositor polimèric transparent, accionat per un actuador de pila piezoelèctrica." Journal of Nanotechnology, 2011, 22 (25): 250-256.

- Tian Y., Shirinzadeh B., Zhang D. "Un mecanisme de cinc barres basat en flexió per a la micro/nanomanipulació". Sensors i actuadors A, 2009, 153 (1): 96-104.

-Zhang Xian-min, Wang Hua, Hu Cun-Yin. "L'anàlisi de sintonia dinàmica i d'entrada elàstica d'una ceràmica piezoelèctrica va actuar en fase de micro-posicionament de precisió compatible en 3-DOF." Journal of Vibration Engineering, 2007, 20 (1): 9-14.

- Hu Junfeng, Zhang Xianmin. "Característiques de moviment i disseny d'optimització de la plataforma de posicionament de precisió de tres graus de llibertat." Optical Precision Engineering, 2012, 20 (12): 2686-2695.

- Lu Ting, Cheng Weiming, Sun Linzhi. "Anàlisi i comparació dels estàndards de precisió de posicionament del banc de posicionament de precisió". Disseny i fabricació mecànica, 2007 (4): 141-143.