Porównanie wydajności platform mikro-pozycjonowania trzech stopni dla idealnych okólników,

Mikro-nano-nalbetingowy strzał w pozycjonowaniu odgrywa kluczową rolę w precyzyjnym obróbce, precyzyjnym pomiarze, inżynierii mikroelektronicznej, bioinżynierii, nanonauki i dziedzin technologii. Dzięki rosnącemu znaczeniu i szeroko zakrojonym zastosowaniom wymagania dotyczące warsztatu pod względem dokładności, stabilności, sztywności i reakcji stają się bardziej wymagające. Zgodne mechanizmy, które wykorzystują elastyczne zawiasy zamiast tradycyjnych par kinematycznych, pojawiły się jako nowy rodzaj struktury transmisji dla platform mikro-pozycjonowania. Mechanizmy te zapewniają zalety, takie jak brak mechanicznego tarcia lub przerwy, wysoka wrażliwość na ruch i prostota przetwarzania. Wybór elastycznych zawiasów ma kluczowe znaczenie dla wydajności zgodnych mechanizmów równoległych.

Streszczenie (oryginalne):

Streszczenie oryginalnego artykułu omówiono porównanie i analizę cech statycznych i dynamicznych platformy trzech stopni na wolności przy użyciu różnych elastycznych form zawiasów, w tym idealnych okręgów, elipsy, kątów prawej i trójkątnych zawiasów. Podkreśla różnice w elastyczności, wydajności ruchu, wrażliwości przemieszczenia i naturalnej częstotliwości między platformami. Stwierdzono, że okrągła platforma zawiasów wykazuje lepszą ogólną wydajność w porównaniu z innymi formami zawiasów.

Streszczenie (rozszerzone):

W tym rozszerzonym artykule staramy się dalej omawiać wpływ elastycznej formy zawiasu na wydajność platform mikro-pozycjonowania. Zapewnimy szczegółową analizę statycznych i dynamicznych charakterystyk zgodnych mechanizmów równoległych wykorzystujących różne elastyczne formy zawiasu. Nacisk na idealne okrąg, elipsa, kąt prawy i trójkątne platformy zawiasowe, porównując ich elastyczność, wydajność ruchu, czułość przemieszczenia i częstotliwość naturalną.

Dostępny mechanizm z elastycznymi zawiasami oferuje obiecującą alternatywę dla tradycyjnych par kinematycznych. Eliminuje tarcie mechaniczne i luki, zapewniając jednocześnie wysoki poziom wrażliwości ruchu i prostotę przetwarzania. Równoległa struktura mechanizmów zgodnych zwiększa również ich możliwości precyzyjnego działania i pozycjonowania, dzięki czemu są odpowiednie do różnych zastosowań, które wymagają wysokiej rozdzielczości ruchu, szybkiej reakcji i kompaktowych projektów.

Aby przeanalizować wpływ różnych elastycznych form zawiasów na wydajność platform mikro-pozycjonowania, zaprojektowaliśmy i porównaliśmy cztery różne równoległe mechanizmy zgodne z 3 RRR. Mechanizmy te są wyposażone w elastyczne zawiasy o różnych kształtach, w tym idealne okrąg, elipsę, kąt prawy i trójkątny.

Korzystając z oprogramowania do analizy elementów skończonych ANSYS, oceniliśmy charakterystykę statyczną i dynamiczną platform. Analiza elastyczności, oparta na porównaniu macierzy zgodności, wykazała znaczące różnice między platformami zawiasów. Platforma zawiasów prawej kątów wykazała najwyższą elastyczność, podczas gdy trójkątna platforma zawiasów wykazywała najniższą elastyczność. Idealne platformy zawiasów koła i elipsy wykazywały podobną elastyczność.

Zbadaliśmy również wydajność kinematyczną platform, analizując matryce jakobian. Podczas gdy wszystkie cztery platformy osiągnęły pożądany ruch, ich wydajność w różnych kierunkach różniła się znacznie. Wskazuje to, że elastyczna postać zawiasu ma znaczący wpływ na wydajność ruchu zgodnych mechanizmów równoległych. W szczególności platforma zawiasów prawej kątów wykazała mniejszy kąt obrotu w porównaniu z innymi platformami.

Ponadto przeprowadziliśmy analizę wrażliwości na badanie wpływu przemieszczenia wejściowego na przemieszczenie wyjściowe. Analiza ujawniła różnice w czułości przemieszczenia między platformami zawiasów we wszystkich kierunkach. Okrągła platforma zawiasów wykazywała wyższą czułość we wszystkich kierunkach, co wskazuje na lepszą ogólną wydajność.

Na koniec porównaliśmy częstotliwości naturalne czterech platform. Stwierdzono, że platforma zawiasów w prawo ma najmniejszą częstotliwość naturalną, podczas gdy trójkątna platforma zawiasów miała największą. Idealne platformy zawiasów koła i elipsy wykazywały podobne naturalne częstotliwości.

Podsumowując, nasza analiza podkreśla znaczący wpływ elastycznej formy zawiasu na wydajność platform mikro pozycjonowania. Wybór formy zawiasu wpływa na elastyczność, wydajność ruchu, czułość przemieszczenia i naturalną częstotliwość zgodnych mechanizmów równoległych. Na podstawie naszych ustaleń okrągła platforma zawiasów wykazywała doskonałą ogólną wydajność w porównaniu z innymi formami zawiasów.

Odniesienia:

- Yue Yi, Gao Feng, Zhao Xian-Chao. „Zależność między siłą wejściową, ładunkiem, sztywnością i przemieszczeniem 3-DOF prostopadłego równoległego mikro-manipulatora”. Journal of Mechanizm i teoria maszyn, 2010, 45 (4): 756-771.

-Teo Tat Joo, Chen I-Ming, Yang Gui-Lin. „Ogólny model aproksymacji do analizy dużych ugięć online połączeń zgięcia opartych na wiązce”. Precision Engineering, 2010, 34 (4): 607-618.

- Tian Y., Shirinzadeh B., Zhang D. „Projektowanie i optymalizacja równoległego mikromanipulatora wentylatora XYZ z zawiasami elastycznymi”. Journal of Intelligent & Robotic Systems, 2009, 55 (4): 377-402.

- Ki Woon Chae, Wook-Bae Kim, Young Hun Jeong. „Przezroczysta polimerowa nanopozycja na temat elebaczowo-flexure-hinge, uruchamiana przez siłownik stosu piezoelektrycznego”. Journal of Nanotechnology, 2011, 22 (25): 250-256.

- Tian Y., Shirinzadeh B., Zhang D. „Pięcio-barowy mechanizm oparty na zgięciu do mikro/nanomanipulacji”. Czujniki i siłowniki A, 2009, 153 (1): 96-104.

-Zhang Xian-min, Wang Hua, Hu cun-yin. „Elastyczna analiza dynamicznego i dostrajania wejściowego ceramiki piezoelektrycznej uruchamiała 3-zależne od precyzyjnego etapu mikro-pozycjonowania 3-DOF”. Journal of Vibration Engineering, 2007, 20 (1): 9-14.

- Hu Junfeng, Zhang Xianmin. „Charakterystyka ruchu i projekt optymalizacji trzech stopni precyzyjnych platformy pozycjonowania.” Optical Precision Engineering, 2012, 20 (12): 2686-2695.

- Lu Ting, Cheng Weiming, Sun Linzhi. „Analiza i porównanie standardów dokładności pozycjonowania precyzyjnego stanowiska pozycjonowania”. Mechanical Design and Manufacturing, 2007 (4): 141-143.