Porovnání výkonu třístupňových platforem mikropozice na trh pro perfektní kruh,

Mikro-nano-úroveň polohování pracovního stolu hraje klíčovou roli při přesném obrábění, přesném měření, mikroelektronickém inženýrství, bioinženýrství, nanovědě a technologických oborech. Se zvyšujícím se důležitost a rozsáhlé aplikace se staly požadavky na pracovní stůl z hlediska přesnosti, stability, tuhosti a reakce náročnější. Kompatibilní mechanismy, které používají flexibilní závěsy místo tradičních kinematických párů, se objevily jako nový typ přenosové struktury pro platformy pro mikropozice. Tyto mechanismy poskytují výhody, jako je žádné mechanické tření nebo mezera, vysoká citlivost na pohyb a jednoduchost zpracování. Výběr flexibilních závěsů je rozhodující pro výkon kompatibilních paralelních mechanismů.

Abstrakt (originál):

Abstrakt původního článku pojednává o srovnání a analýze statických a dynamických charakteristik platformy tří stupňů svobody s použitím různých flexibilních forem závěsů, včetně dokonalého kruhu, elipsy, pravého úhle a trojúhelníkových závěsů. Zdůrazňuje rozdíly v flexibilitě, výkonu pohybu, citlivosti na posunutí a přirozenou frekvenci mezi platformami. Zjistilo se, že platforma kruhového závěsu vykazuje lepší celkový výkon ve srovnání s jinými formami závěsů.

Abstrakt (rozšířen):

V tomto rozšířeném článku se snažíme dále diskutovat o vlivu flexibilní formy závěsů na výkon mikropozice platforem. Poskytneme podrobnou analýzu statických a dynamických charakteristik kompatibilních paralelních mechanismů využívajících různé flexibilní formy závěsu. Důraz bude kladen na perfektní kruh, elipsu, pravý úhel a trojúhelníkové platformy závěsu, porovnáním jejich flexibility, pohybového výkonu, citlivosti na posunutí a přirozenou frekvenci.

Komfrontační mechanismus se svými flexibilními panty nabízí slibnou alternativu k tradičním kinematickým párům. Eliminuje mechanické tření a mezery a zároveň poskytuje vysokou úroveň citlivosti pohybu a jednoduchost zpracování. Paralelní struktura kompatibilních mechanismů také zvyšuje jejich přesnost provozu a polohovací schopnosti, díky čemuž jsou vhodné pro různé aplikace, které vyžadují vysoké rozlišení pohybu, rychlou odezvu a kompaktní návrhy.

Abychom analyzovali vliv různých flexibilních forem závěsů na výkonnost platforem mikropozice, navrhli jsme a porovnali čtyři různé paralelní mechanismy kompatibilní s 3-RRR. Tyto mechanismy jsou vybaveny flexibilními závěsy různých tvarů, včetně dokonalého kruhu, elipsy, pravého úhle a trojúhelníku.

Pomocí softwaru pro analýzu konečných prvků ANSYS jsme vyhodnotili statické a dynamické vlastnosti platforem. Analýza flexibility založená na srovnání matic dodržování předpisů odhalila významné rozdíly mezi platformami závěsů. Platforma v pravém úhlu prokázala nejvyšší flexibilitu, zatímco platforma trojúhelníku vykazovala nejnižší flexibilitu. Perfektní platformy Circle a Elipse Hinge vykazovaly podobnou flexibilitu.

Zkoumali jsme také kinematický výkon platforem analýzou jacobianských matic. Zatímco všechny čtyři platformy dosáhly požadovaného pohybu, jejich výkon v různých směrech se výrazně lišil. To ukazuje, že forma flexibilního závěsu má významný dopad na pohybový výkon kompatibilních paralelních mechanismů. Pozoruhodné je, že platforma v pravém úhlem vykazovala menší úhel rotace ve srovnání s ostatními platformami.

Dále jsme provedli analýzu citlivosti ke studiu vlivu vstupního posunu na výstupní posun. Analýza odhalila rozdíly v citlivosti na posun mezi paprsky závěsu ve všech směrech. Platforma kruhového závěsu vykazovala vyšší citlivost ve všech směrech, což ukazuje na lepší celkový výkon.

Nakonec jsme porovnali přirozené frekvence čtyř platforem. Bylo zjištěno, že platforma v pravém úhlem má nejmenší přirozenou frekvenci, zatímco trojúhelníková závěsná platforma měla největší. Perfektní kruhové a elipsové závěsy vykazovaly podobné přirozené frekvence.

Stručně řečeno, naše analýza zdůrazňuje významný vliv flexibilní formy závěsu na výkon platforem mikropozice. Volba formy závěsu ovlivňuje flexibilitu, výkon pohybu, citlivost na posun a přirozenou frekvenci kompatibilních paralelních mechanismů. Na základě našich zjištění vykazovala platforma kruhových závěsů vyšší celkový výkon ve srovnání s jinými formami závěsu.

Reference:

- Yue Yi, Gao Feng, Zhao Xian-Chao. "Vztah mezi vstupními silami, užitečným zatížením, tuhostí a přemístěním 3-DOF kolmého paralelního mikro-manipulátoru." Journal of Mechanism and Machine Theory, 2010, 45 (4): 756-771.

-Teo Tat Joo, Chen I-Ming, Yang Gui-lin. "Obecný model aproximace pro analýzu velkých online výchylek kloubů na bázi paprsků." Precision Engineering, 2010, 34 (4): 607-618.

- Tian Y., Shirinzadeh B., Zhang D. "Návrh a optimalizace ventilátoru XYZ paralelní mikromanipulátor s ohybovými závěsy." Journal of Intelligent & Robotické systémy, 2009, 55 (4): 377-402.

- Ki Woon Chae, Wook-Bae Kim, Young Hun Jeong. "Transparentní nanoposition-hinge-hinge-hinge-hange-hinge-hinge-hange-hinge, ovládaný piezoelektrickým komínovým ovladačem." Journal of Nanotechnology, 2011, 22 (25): 250-256.

- Tian Y., Shirinzadeh B., Zhang D. "Mechanismus pěti barů založený na ohybu pro mikro/nanomanipulaci." Senzory a pohony A, 2009, 153 (1): 96-104.

-Zhang Xian-Min, Wang Hua, Hu Cun-Yin. "Elastická dynamická a vstupní analýza ladění piezoelektrické keramiky ovládané fázi mikropozice kompatibilní s 3-DOF." Journal of Vibration Engineering, 2007, 20 (1): 9-14.

- Hu Junfeng, Zhang Xianmin. "Charakteristiky pohybu a optimalizace návrhu platformy pro přesné polohování tří stupňů svobody." Optical Precision Engineering, 2012, 20 (12): 2686-2695.

- Lu ting, Cheng Weiming, Sun Linzhi. "Analýza a srovnání standardů přesnosti polohování přesnosti přesného umístění pracovního stolu." Mechanický design a výroba, 2007 (4): 141-143.