Comparaison des performances des plates-formes de micro-positionnement à trois degrés de la liberté pour une circulaire parfaite,

Le Workbench de positionnement des micro-nano-niveaux joue un rôle crucial dans l'usinage de précision, la mesure de précision, l'ingénierie des microélectroniques, la bio-ingénierie, les nanosciences et les domaines technologiques. Avec son importance croissante et ses applications de grande envergure, les exigences de l'état de travail en termes de précision, de stabilité, de rigidité et de réponse sont devenues plus exigeantes. Les mécanismes conformes, qui utilisent des charnières flexibles au lieu de paires cinématiques traditionnelles, sont devenues un nouveau type de structure de transmission pour les plates-formes de micro-positionnement. Ces mécanismes offrent des avantages tels qu'aucune friction mécanique ou écart, une sensibilité élevée au mouvement et une simplicité de traitement. Le choix des charnières flexibles est essentielle aux performances des mécanismes parallèles conformes.

Résumé (original):

Le résumé de l'article original traite de la comparaison et de l'analyse des caractéristiques statiques et dynamiques d'une plate-forme à trois degrés de liberté en utilisant différentes formes de charnière flexibles, y compris un cercle parfait, une ellipse, un angle droit et des charnières triangulaires. Il met en évidence les différences de flexibilité, les performances de mouvement, la sensibilité au déplacement et la fréquence naturelle entre les plates-formes. La plate-forme de charnière circulaire présente de meilleures performances globales par rapport aux autres formes de charnière.

Résumé (étendu):

Dans cet article élargi, nous visons à discuter davantage de l'influence de la forme de charnière flexible sur les performances des plateformes de micro-positionnement. Nous fournirons une analyse détaillée des caractéristiques statiques et dynamiques des mécanismes parallèles conformes utilisant différentes formes de charnière flexibles. L'accent sera mis sur le cercle parfait, l'ellipse, l'angle droit et les plates-formes de charnières triangulaires, la comparaison de leur flexibilité, de leur performance de mouvement, de la sensibilité au déplacement et de la fréquence naturelle.

Le mécanisme conforme, avec ses charnières flexibles, offre une alternative prometteuse aux paires cinématiques traditionnelles. Il élimine les frictions et les lacunes mécaniques, tout en fournissant un niveau élevé de sensibilité et de simplicité de traitement. La structure parallèle des mécanismes conformes améliore également leurs capacités de fonctionnement et de positionnement de précision, ce qui les rend adaptés à diverses applications qui nécessitent une résolution de mouvement élevée, une réponse rapide et des conceptions compactes.

Pour analyser l'influence de différentes formes de charnière flexibles sur les performances des plates-formes de micro-positionnement, nous avons conçu et comparé quatre différents mécanismes parallèles conformes à 3 RRR. Ces mécanismes sont équipés de charnières flexibles de différentes formes, notamment un cercle parfait, une ellipse, un angle droit et un triangulaire.

En utilisant un logiciel d'analyse par éléments finis ANSYS, nous avons évalué les caractéristiques statiques et dynamiques des plateformes. L'analyse de la flexibilité, basée sur la comparaison des matrices de conformité, a révélé des différences significatives entre les plateformes de charnière. La plate-forme de charnière à angle droit a démontré la plus haute flexibilité, tandis que la plate-forme de charnière triangulaire présentait la plus faible flexibilité. Les plates-formes parfaites du cercle et de la charnière en ellipse affichaient une flexibilité similaire.

Nous avons également étudié les performances cinématiques des plates-formes en analysant les matrices jacobiennes. Alors que les quatre plates-formes ont atteint le mouvement souhaité, leurs performances dans différentes directions variaient considérablement. Cela indique que la forme de charnière flexible a un impact significatif sur les performances de mouvement des mécanismes parallèles conformes. Notamment, la plate-forme de charnière à angle droit a montré un angle de rotation plus petit par rapport aux autres plates-formes.

De plus, nous avons effectué une analyse de sensibilité pour étudier l'influence du déplacement d'entrée sur le déplacement de sortie. L'analyse a révélé des différences de sensibilité au déplacement parmi les plates-formes charnières dans toutes les directions. La plate-forme de charnière circulaire a montré une sensibilité plus élevée dans toutes les directions, indiquant de meilleures performances globales.

Enfin, nous avons comparé les fréquences naturelles des quatre plates-formes. La plate-forme de charnière à angle droit avait la plus petite fréquence naturelle, tandis que la plate-forme de charnière triangulaire avait la plus grande. Les plates-formes de charnière Circle et Ellipse parfaites affichaient des fréquences naturelles similaires.

En résumé, notre analyse met en évidence l'influence significative de la forme de charnière flexible sur les performances des plateformes de micro-positionnement. Le choix de la forme de charnière affecte la flexibilité, les performances de mouvement, la sensibilité au déplacement et la fréquence naturelle des mécanismes parallèles conformes. Sur la base de nos résultats, la plate-forme de charnière circulaire a présenté des performances globales supérieures par rapport à d'autres formes de charnière.

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