Confronto delle prestazioni di piattaforme di micro-posizionamento a tre gradi di libertà per la circolare perfetta,

Il banco di lavoro di posizionamento a livello micro-nano svolge un ruolo cruciale nella lavorazione di precisione, nella misurazione della precisione, nell'ingegneria microelettronica, nella bioingegneria, nelle nanoscienze e nei campi tecnologici. Con la sua crescente importanza e applicazioni ad ampio raggio, i requisiti per il banco di lavoro in termini di accuratezza, stabilità, rigidità e risposta sono diventati più impegnativi. Meccanismi conformi, che utilizzano cerniere flessibili anziché coppie cinematiche tradizionali, sono emersi come un nuovo tipo di struttura di trasmissione per le piattaforme di micro-posizionamento. Questi meccanismi offrono vantaggi come l'attrito meccanico o il divario, l'elevata sensibilità del movimento e la semplicità dell'elaborazione. La scelta di cardini flessibili è fondamentale per le prestazioni di meccanismi paralleli conformi.

Abstract (originale):

L'astratto dell'articolo originale discute il confronto e l'analisi delle caratteristiche statiche e dinamiche di una piattaforma a tre gradi di libertà utilizzando diverse forme di cerniera flessibili, tra cui cerchio perfetto, ellisse, angolo retto e cerniere triangolari. Evidenzia le differenze di flessibilità, prestazioni di movimento, sensibilità allo spostamento e frequenza naturale tra le piattaforme. La piattaforma di cerniera circolare mostra migliori prestazioni complessive rispetto ad altre forme di cerniera.

Abstract (ampliato):

In questo articolo ampliato, miriamo a discutere ulteriormente l'influenza della forma flessibile della cerniera sulle prestazioni delle piattaforme di micro-posizionamento. Forniremo un'analisi dettagliata delle caratteristiche statiche e dinamiche dei meccanismi paralleli conformi che utilizzano diverse forme di cerniera flessibili. L'attenzione sarà rivolta al cerchio perfetto, all'ellisse, all'angolo retto e alle piattaforme di cerniera triangolare, confrontando la loro flessibilità, prestazioni di movimento, sensibilità allo spostamento e frequenza naturale.

Il meccanismo conforme, con i suoi cardini flessibili, offre una promettente alternativa alle coppie cinematiche tradizionali. Elimina l'attrito meccanico e le lacune, fornendo al contempo un alto livello di sensibilità al movimento e semplicità di elaborazione. La struttura parallela dei meccanismi conformi migliora anche le loro capacità di funzionamento e posizionamento di precisione, rendendoli adatti a varie applicazioni che richiedono una risoluzione di movimento elevata, una risposta rapida e progetti compatti.

Per analizzare l'influenza di diverse forme di cerniera flessibili sulle prestazioni delle piattaforme di micro-posizionamento, abbiamo progettato e confrontato quattro diversi meccanismi paralleli conformi a 3 RRR. Questi meccanismi sono dotati di cerniere flessibili di varie forme, tra cui cerchio perfetto, ellisse, angolo retto e triangolare.

Utilizzando il software di analisi degli elementi finiti ANSYS, abbiamo valutato le caratteristiche statiche e dinamiche delle piattaforme. L'analisi della flessibilità, basata sul confronto tra matrici di conformità, ha rivelato differenze significative tra le piattaforme di cerniera. La piattaforma di cerniera ad angolo destro ha dimostrato la massima flessibilità, mentre la piattaforma di cerniera triangolare ha mostrato la massima flessibilità. Le piattaforme di cerniera del cerchio e dell'ellisse perfette hanno mostrato una flessibilità simile.

Abbiamo anche studiato le prestazioni cinematiche delle piattaforme analizzando le matrici giacobine. Mentre tutte e quattro le piattaforme hanno raggiunto il movimento desiderato, le loro prestazioni in diverse direzioni variavano considerevolmente. Ciò indica che la forma di cerniera flessibile ha un impatto significativo sulle prestazioni del movimento dei meccanismi paralleli conformi. In particolare, la piattaforma di cerniera ad angolo retto ha mostrato un angolo di rotazione minore rispetto alle altre piattaforme.

Inoltre, abbiamo condotto un'analisi di sensibilità per studiare l'influenza dello spostamento di input sullo spostamento dell'uscita. L'analisi ha rivelato differenze nella sensibilità allo spostamento tra le piattaforme di cerniera in tutte le direzioni. La piattaforma di cerniera circolare ha mostrato una maggiore sensibilità in tutte le direzioni, indicando migliori prestazioni complessive.

Infine, abbiamo confrontato le frequenze naturali delle quattro piattaforme. È stato scoperto che la piattaforma di cerniera ad angolo destro ha la più piccola frequenza naturale, mentre la piattaforma di cerniera triangolare aveva la più grande. Le piattaforme di cerniera del cerchio e dell'ellisse perfette mostravano frequenze naturali simili.

In sintesi, la nostra analisi evidenzia l'influenza significativa della forma di cerniera flessibile sulle prestazioni delle piattaforme di micro-posizionamento. La scelta della forma di cerniera influisce sulla flessibilità, le prestazioni del movimento, la sensibilità allo spostamento e la frequenza naturale dei meccanismi paralleli conformi. Sulla base dei nostri risultati, la piattaforma di cerniera circolare ha mostrato prestazioni complessive superiori rispetto ad altre forme di cerniera.

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