Основы теории и проектирования мехатронных систем микроперемещений с пьезоэлектрическими приводами

• Автор: Смирнов, Аркадий Борисович
• Шифр специальности: 05.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 330 с. : ил.

ГІ р е з и д її у м ВАК России

{решение от "4Х " '{'і 19@ї г.. № присудил ученую степень ДОКТОРА Іі

, ^ ЇМ, ь,.,.

іленкя РАК Россчг

1. СИСТЕМЫ МИКРОПЕРЕМЕЩЕНИЙ, ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ И

ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ

1.1. Основные области применения и направления развития,

классификация и проблемы разработки систем микроперемещений

1.2. Приводы систем микроперемещений, области их использования

1.3. Основные свойства и характеристики микроманипуляционных систем
1.4. Анализ структуры микроманипуляционных систем
* 1.5. Бионический подход к созданию микроманипуляционных
систем
1.6. Мехатронные модули микроперемещений
1.7. Измерительные преобразователи и чувствительные элементы мехатронных модулей микроперемещений
1.8. Выводы
2. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МЕХАТРОННЫХ МОДУЛЕЙ МИКРОПЕРЕМЕЩЕНИЙ
2.1. Пьезоэлектрические элементы и преобразователи для
приводов мехатронных модулей
2.2. Модули микроперемещений на базе составных и трубчатых пьезоэлектрических преобразователей
2.3. Модули микроперемещений с биморфными пьезоэлектрическими преобразователями
2.4. Выводы

3. АНАЛИЗ УПРУГИХ СИСТЕМ И РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ МОДУЛЕЙ МИКРОПЕРЕМЕЩЕНИЙ НА БАЗЕ БИ-МОРФНЫХ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
3.1. Функциональный анализ упругих систем
3.2. Активные упругие направляющие
3.3. Активные упругие шарниры
3.4. Модули микроперемещений с управляемыми траекториями движения точек выходного звена
3.5. Выводы
4. РАСЧЕТНЫЕ МОДЕЛИ МОДУЛЕЙ С СОСТАВНЫМИ И ТРУБЧАТЫМИ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ
4.1. Постановка задачи построения расчетных моделей
4.2. Уравнения состояния пьезоэлектрической среды
4.3. Составной пьезоэлектрический преобразователь
4.4. Модуль мультиплекции перемещений
4.5. Трубчатый пьезоэлектрический преобразователь
4.6. Выводы
5. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ БИМОРФНЫХ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ И МЕТОДИКА РАСЧЕТА УПРУГИХ СИСТЕМ НА ИХ ОСНОВЕ
5.1. Математические модели биморфных пьезоэлектрических
преобразователей и их сравнительный анализ
5.2. Методика расчета перемещений выходных звеньев упругих систем с биморфными пьезоэлектрическими преобразователями
5.3. Выводы

тать в оперативной зоне одновременно с одним объектом, что свойственно высокоорганизованным живым существам в подобных ситуациях.
Примерные кинематические параметры уровней иерархии модулей МСС, предназначенных для биологических и медицинских целей, приведены в табл. 1.1, исходя из анализа эргономических параметров оптических микроскопов и возможностей манипуляционных систем.
А
Рис. 1.19. ММС с сенсорной перчаткой управления
Табл. 1
Уровни иерархии 1 (базовый) 2 3
Количество степеней свободы, ИХ ВИДЫ 3-4. 3 поступательных, 1 вращательная и более 3. Поступа- тельные 3. Поступа- тельные, вращатель- ные 1-2. Поступа- тельные, вращатель
Диапазоны перемещений До 40 мм До 20 мм До 0,5 мм До 0,1 мм, 30°
Диапазоны скоростей 1-10 мм/с До 0,2 мм/с До 0,2 мм/с, 15 град/с
Точность позиционирования ±0,1 мм ± 0,05 мм ± 0,5 мкм ± 0,5 мкм
Примером использования приведенной выше иерархии ММС может служить схема работы с микрообъектами, показанная на рис. 1.20. По сравнению с традиционной схемой (рис. 1.12) она имеет один манипуляционный блок, на котором установлены последовательно три модуля грубых перемещений 1, 2, 3. На подвижной части модуля 3 закреплена платформа 4. На ней установлены два