Comparación de rendemento de plataformas de micro-posicionamento de tres graos de liberdade para a circular perfecta,

O banco de traballo de posicionamento a nivel micro-nano xoga un papel crucial no mecanizado de precisión, medición de precisión, enxeñaría de microelectrónica, bioingeniería, nanociencia e campos tecnolóxicos. Coa súa importancia crecente e aplicacións amplas, os requisitos para o banco de traballo en termos de precisión, estabilidade, rixidez e resposta volvéronse máis esixentes. Os mecanismos conformes, que usan bisagras flexibles en lugar de pares cinemáticos tradicionais, xurdiron como un novo tipo de estrutura de transmisión para plataformas de micro-posicionamento. Estes mecanismos proporcionan vantaxes como sen fricción mecánica ou fenda, sensibilidade de alta moción e sinxeleza do procesamento. A elección de bisagras flexibles é fundamental para o rendemento de mecanismos paralelos conformes.

Resumo (orixinal):

O resumo do artigo orixinal analiza a comparación e análise das características estáticas e dinámicas dunha plataforma de tres graos de liberdade empregando diferentes formas de bisagra flexible, incluíndo círculo perfecto, elipse, ángulo dereito e bisagras triangulares. Resalta as diferenzas de flexibilidade, rendemento de movemento, sensibilidade ao desprazamento e frecuencia natural entre as plataformas. A plataforma de bisagra circular que presenta un mellor rendemento global en comparación con outras formas de bisagra.

Resumo (expandido):

Neste artigo ampliado, pretendemos discutir aínda máis a influencia da forma de bisagra flexible no rendemento das plataformas de micro-posicionamento. Ofreceremos unha análise detallada das características estáticas e dinámicas de mecanismos paralelos conformes utilizando diferentes formas de bisagra flexible. O foco centrarase no círculo perfecto, elipse, ángulo recto e plataformas de bisagra triangular, comparando a súa flexibilidade, rendemento de movemento, sensibilidade de desprazamento e frecuencia natural.

O mecanismo conforme, coas súas bisagras flexibles, ofrece unha alternativa prometedora aos pares cinemáticos tradicionais. Elimina a fricción e as lagoas mecánicas, ao tempo que proporciona un alto nivel de sensibilidade ao movemento e sinxeleza do procesamento. A estrutura paralela dos mecanismos conformes tamén mellora a súa operación de precisión e as súas capacidades de posicionamento, tornándoas axeitadas para diversas aplicacións que requiren resolución de alta movemento, resposta rápida e deseños compactos.

Para analizar a influencia de diferentes formas de bisagra flexible no rendemento de plataformas de micro-posicionamento, deseñamos e comparamos catro mecanismos paralelos diferentes de 3-RRR. Estes mecanismos están equipados con bisagras flexibles de varias formas, incluíndo círculo perfecto, elipse, ángulo recto e triangular.

Usando software de análise de elementos finitos ANSYS, evaluamos as características estáticas e dinámicas das plataformas. A análise da flexibilidade, baseada na comparación de matrices de cumprimento, revelou diferenzas significativas entre as plataformas de bisagra. A plataforma de bisagras de ángulo recto demostrou a maior flexibilidade, mentres que a plataforma de bisagra triangular mostrou a menor flexibilidade. O círculo perfecto e as plataformas de bisagra elipse mostraron unha flexibilidade similar.

Tamén investigamos o rendemento cinemático das plataformas analizando as matrices xacobianas. Mentres as catro plataformas obtiveron o movemento desexado, o seu rendemento en diferentes direccións variaba considerablemente. Isto indica que a forma de bisagra flexible ten un impacto significativo no rendemento do movemento dos mecanismos paralelos conformes. Destacable, a plataforma de bisagras de ángulo recto mostrou un ángulo de rotación menor en comparación coas outras plataformas.

Ademais, realizamos unha análise de sensibilidade para estudar a influencia do desprazamento de entrada no desprazamento de saída. A análise revelou diferenzas na sensibilidade ao desprazamento entre as plataformas de bisagra en todas as direccións. A plataforma de bisagra circular mostrou maior sensibilidade en todas as direccións, o que indica un mellor rendemento global.

Finalmente, comparamos as frecuencias naturais das catro plataformas. A plataforma de bisagra do ángulo recto tiña a menor frecuencia natural, mentres que a plataforma de bisagra triangular tiña a máis grande. O círculo perfecto e as plataformas de bisagra elipse mostraron frecuencias naturais similares.

En resumo, a nosa análise pon de manifesto a influencia significativa da forma de bisagra flexible no rendemento das plataformas de micro-posicionamento. A elección da forma da bisagra afecta á flexibilidade, ao rendemento do movemento, á sensibilidade ao desprazamento e á frecuencia natural dos mecanismos paralelos conformes. Con base nos nosos resultados, a plataforma de bisagra circular mostrou un rendemento global superior en comparación con outras formas de bisagra.

Referencias:

- Yue Yi, Gao Feng, Zhao Xian-Chao. "Relación entre a forza de entrada, a carga útil, a rixidez e o desprazamento dun micro-manipulador paralelo perpendicular 3-dof." Journal of Mechanism and Machine Theory, 2010, 45 (4): 756-771.

-Teo Tat Joo, Chen I-Ming, Yang Gui-Lin. "Un modelo de aproximación xenérica para analizar grandes desviacións en liña de xuntas de flexión baseadas en feixes." Enxeñaría de precisión, 2010, 34 (4): 607-618.

- Tian Y., Shirinzadeh B., Zhang D. "Deseño e optimización do micromanipulador paralelo de Fan XYZ con bisagras de flexión." Journal of Intelligent & Sistemas robóticos, 2009, 55 (4): 377-402.

- Ki Woon Chae, Wook-Bae Kim, Young Hun Jeong. "Un nanopositoso de flexión polimérica transparente, actuado por un actuador piezoeléctrico de pila." Journal of Nanotechnology, 2011, 22 (25): 250-256.

- Tian Y., Shirinzadeh B., Zhang D. "Un mecanismo de cinco barras baseado na flexión para a micro/nanomanipulación." Sensores e actuadores a, 2009, 153 (1): 96-104.

-Zhang Xian-Min, Wang Hua, Hu Cun-Yin. "Análise de afinación dinámica elástica e de entrada dunha cerámica piezoeléctrica actuou a etapa de micro-posicionamento de precisión 3-DOF". Journal of Vibration Engineering, 2007, 20 (1): 9-14.

- Hu Junfeng, Zhang Xianmin. "Características de movemento e deseño de optimización da plataforma de posicionamento de precisión de tres graos de freedom." Enxeñaría de precisión óptica, 2012, 20 (12): 2686-2695.

- Lu Ting, Cheng Weiming, Sun Linzhi. "Análise e comparación dos estándares de precisión do posicionamento do banco de traballo de posicionamento de precisión". Deseño e fabricación mecánica, 2007 (4): 141-143.