Comparação de desempenho de plataformas de micro-posicionamento de três graus de liberdade para circular perfeito,

A bancada de posicionamento de nível micro-nano desempenha um papel crucial na usinagem de precisão, medição de precisão, engenharia de microeletrônicos, bioengenharia, nanociência e campos de tecnologia. Com sua importância crescente e aplicações abrangentes, os requisitos para a bancada em termos de precisão, estabilidade, rigidez e resposta se tornaram mais exigentes. Os mecanismos compatíveis, que usam dobradiças flexíveis em vez de pares cinemáticos tradicionais, emergiram como um novo tipo de estrutura de transmissão para plataformas de micro-posicionamento. Esses mecanismos fornecem vantagens, como atrito mecânico ou lacuna, alta sensibilidade ao movimento e simplicidade do processamento. A escolha de dobradiças flexíveis é fundamental para o desempenho de mecanismos paralelos compatíveis.

Resumo (original):

O resumo do artigo original discute a comparação e análise das características estáticas e dinâmicas de uma plataforma de três graus de liberdade usando diferentes formas flexíveis de dobradiça, incluindo círculo perfeito, elipse, ângulo reto e dobradiças triangulares. Ele destaca as diferenças de flexibilidade, desempenho do movimento, sensibilidade ao deslocamento e frequência natural entre as plataformas. A plataforma de dobradiça circular é encontrada para exibir melhor desempenho geral em comparação com outras formas de dobradiça.

Resumo (expandido):

Neste artigo expandido, pretendemos discutir ainda mais a influência da forma flexível da dobradiça no desempenho de plataformas de micro-posicionamento. Forneceremos uma análise detalhada das características estáticas e dinâmicas dos mecanismos paralelos compatíveis, utilizando diferentes formas de dobradiça flexíveis. O foco estará no círculo perfeito, elipse, ângulo direito e plataformas de dobradiça triangular, comparando sua flexibilidade, desempenho de movimento, sensibilidade ao deslocamento e frequência natural.

O mecanismo compatível, com suas dobradiças flexíveis, oferece uma alternativa promissora aos pares cinemáticos tradicionais. Ele elimina o atrito e as lacunas mecânicas, fornecendo um alto nível de sensibilidade ao movimento e simplicidade do processamento. A estrutura paralela dos mecanismos compatíveis também aprimora suas capacidades de operação e posicionamento de precisão, tornando -os adequados para várias aplicações que requerem alta resolução de movimento, resposta rápida e projetos compactos.

Para analisar a influência de diferentes formas de dobradiça flexível no desempenho de plataformas de micro-posicionamento, projetamos e comparamos quatro mecanismos paralelos diferentes em conformidade com 3-RRR. Esses mecanismos estão equipados com dobradiças flexíveis de várias formas, incluindo círculo perfeito, elipse, ângulo reto e triangular.

Usando o software de análise de elementos finitos ANSYS, avaliamos as características estáticas e dinâmicas das plataformas. A análise da flexibilidade, com base na comparação de matrizes de conformidade, revelou diferenças significativas entre as plataformas de dobradiça. A plataforma de dobradiça de ângulo direito demonstrou a maior flexibilidade, enquanto a plataforma de dobradiça triangular exibiu a menor flexibilidade. As plataformas de dobradiça de círculo e elipse perfeitos exibiram flexibilidade semelhante.

Também investigamos o desempenho cinemático das plataformas analisando as matrizes jacobianas. Enquanto todas as quatro plataformas alcançaram o movimento desejado, seu desempenho em diferentes direções variava consideravelmente. Isso indica que a forma flexível da dobradiça tem um impacto significativo no desempenho do movimento dos mecanismos paralelos compatíveis. Notavelmente, a plataforma de dobradiça de ângulo direito mostrou um ângulo de rotação menor em comparação com as outras plataformas.

Além disso, realizamos a análise de sensibilidade para estudar a influência do deslocamento de entrada no deslocamento da saída. A análise revelou diferenças na sensibilidade do deslocamento entre as plataformas de dobradiça em todas as direções. A plataforma de dobradiça circular exibiu maior sensibilidade em todas as direções, indicando um melhor desempenho geral.

Finalmente, comparamos as frequências naturais das quatro plataformas. Verificou-se que a plataforma de dobradiça de ângulo direito possui a menor frequência natural, enquanto a plataforma de dobradiça triangular tinha a maior. As plataformas perfeitas de dobradiça do círculo e elipse exibiam frequências naturais semelhantes.

Em resumo, nossa análise destaca a influência significativa da forma de dobradiça flexível no desempenho de plataformas de micro-posicionamento. A escolha da forma de dobradiça afeta a flexibilidade, desempenho do movimento, sensibilidade ao deslocamento e frequência natural dos mecanismos paralelos compatíveis. Com base em nossas descobertas, a plataforma de dobradiça circular exibiu desempenho geral superior em comparação com outras formas de dobradiça.

Referências:

- Yue Yi, Gao Feng, Zhao Xian-Chao. "Relacionamento entre força de entrada, carga útil, rigidez e deslocamento de um micro-manipulador paralelo perpendicular de 3-DoF". Journal of Mechanism and Machine Theory, 2010, 45 (4): 756-771.

-Teo Tat Joo, Chen I-Ming, Yang Gui-Lin. "Um modelo de aproximação genérica para analisar grandes deflexões on-line de juntas de flexão baseadas em feixe". Precision Engineering, 2010, 34 (4): 607-618.

- Tian Y., Shirinzadeh B., Zhang D. "Design e otimização do micromanipulador paralelo do ventilador XYZ com dobradiças de flexão". Journal of Intelligent & Robotic Systems, 2009, 55 (4): 377-402.

- Ki Woon Chae, Wook-Bae Kim, Young Hun Jeong. "Um nanopositório transparente da dobradiça de flexão polimérica, acionada por um atuador da pilha piezoelétrica". Journal of Nanotechnology, 2011, 22 (25): 250-256.

- Tian Y., Shirinzadeh B., Zhang D. "Um mecanismo de cinco barras baseado em flexão para micro/nanomanipulação". Sensores e atuadores A, 2009, 153 (1): 96-104.

-Zhang Xian-min, Wang Hua, Hu Cun-Yin. "Análise elástica de ajuste dinâmico e de entrada de uma cerâmica piezoelétrica acionada por 3-DOF em estágio de micro-posicionamento de precisão de 3-DoF". Journal of Vibration Engineering, 2007, 20 (1): 9-14.

- Hu Junfeng, Zhang Xianmin. "Características de movimento e design de otimização da plataforma de posicionamento de precisão de três graus de liberdade". Optical Precision Engineering, 2012, 20 (12): 2686-2695.

- Lu Ting, Cheng Weiming, Sun Linzhi. "Análise e comparação do posicionamento Padrões de precisão do Workbench de posicionamento de precisão". Mechanical Design and Manufacturing, 2007 (4): 141-143.