基于黏滑运动原理的单自由度纳米定位台设计与动力学分析.pdf

第48卷第19期 机械工程学报 Vbl．48NO．19 2012年10月 0ct． 2Ol 2 JOURNALOFMECHANICALENGINEERING DoI：lO．3901／JME．2012．19．029 基于黏滑运动原理的单自由度纳米 定位台设计与动力学分析木 张世忠1 荣伟彬1 台国安2 于 淼1 孙立宁1 1．哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150080； 2．南京航空航天大学纳米科学研究所南京210016) 摘要：为解决基于扫描电镜纳米操作系统定位驱动方面的关键技术，分别研制能够实现水平定位和垂直定位的单自由度纳米定 位台。定位台采用黏滑驱动原理，驱动机构采用柔性铰链设计，O形调节圈的引入既实现摩擦力的精密调节又保证整体结构的 紧凑。为研究黏滑驱动原理和辅助纳米定位台设计，建立单自由度纳米定位台的动力学模型。考虑压电陶瓷的动态特性和摩擦 力的非线性变化，对压电驱动模型进行线性化处理，引入LuGre模型实现对摩擦力的表达。试验结果表明该动力学模型能够有 minx24inlnxl7 minx24 效地描述黏滑定位台的运动状态。单自由度水平和垂直纳米定位台的最大外形尺寸分别为24 mill和24 mmx34 innl，均具有811111定位分辨率和50mm行程，最大负载质量可达66 g。利用所设计的两种纳米定位台搭建基于SEM的 双探针纳米操作系统，纳米线双探针操作试验表明该两种纳米定位台完全满足SEM下进行纳米操作的要求。 关键词：纳米定位黏滑驱动LuGre纳米操作 中图分类号：TP242 and of1D DesigningDynamicModelingNanOpositioner Basedon Motion Stick-slipPrinciple ZHANG RONGWeibinlTAIGuoan2YUMia01SUN Shizhon91 Linin91 ofRoboticsand Institute (1．StateKeyLaboratory 150080； System，HarbinofTechnology,Harbin 2．Institute ofAeronautics ofNanoscience，NanjingUniversity andAstronautics，Nanjing210016) Abstract：Twoinertial forhorizontalandvertical ale andbuilt for stick-slipstagesrespectively positioningdesigned particularly a of inside electron flexible drivemechanismandrubberfor na