×

基于五自由度柔性的纳米定位工作台的动力学分析。 (英语) Zbl 1435.70012号

摘要:本文建立了一个多体动力学模型,用于半导体光刻投影光学系统中基于五自由度弯曲的纳米定位工作台的动力学分析。五自由度工作台被视为由弹性柔性铰链互连的刚体组件。考虑柔性铰链的长度效应,根据刚体的空间运动,采用拉格朗日方法建立了多刚体动力学方程。为了提高建模精度,考虑了常用圆形柔性铰链的剪切效应和扭转柔度。文中还讨论了各种非平面柔度公式的精度。为了验证所建立的动力学模型,利用ANSYS进行了有限元分析(FEA),并对主要柔性复合结构和整体五自由度工作台进行了模态锤击试验。分析模态频率与有限元分析和实验测试结果一致。研究结果对分析和优化基于五自由度柔性的纳米定位平台具有重要意义。

MSC公司:

70B15号机组 机构和机器人运动学
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Hale,L.C.,《精密机械设计原理与技术》,UCRL-LR-133066(1999),美国·数字对象标识代码:10.2172/8431
[2] 赵,L。;龚,Y。;Zhao,Y.,用于光刻透镜的基于Flexure的X-Y微运动机构,光学与精密工程,21,61425-1433(2013)
[3] Howell,L.L.,《合规机制》(2001年),美国纽约州纽约市:美国纽约州威利
[4] Lobontiu,N.,《柔顺机构:柔性铰链的设计》(2002),美国佛罗里达州博卡拉顿:CRC出版社,佛罗里达州博卡拉顿·doi:10.1201/9781420040272
[5] Yung,Y.K。;Moheimani,S.O.R。;Kenton,B.J.,《受邀评论文章:高速弯曲导向纳米定位:机械设计和控制问题》,《科学仪器评论》,83,12(2012)·doi:10.1063/1.4765048
[6] Ryu,J.W。;Gweon,D.-G。;Moon,K.S.,基于柔性铰链的优化设计XYφ晶圆级,精密工程,21,1,18-28(1997)·doi:10.1016/s0141-6359(97)00064-0
[7] 奥塔,S。;Slocum,A.H.,平行运动XY柔性机构的基于约束的设计,机械设计杂志,129,8,816-830(2007)·数字对象标识代码:10.1115/12735342
[8] Kim,H。;Kim,J。;Ahn,D.,《带柔性铰链的纳米精度三自由度垂直定位系统的开发》,IEEE纳米技术汇刊,12,2,234-245(2013)·doi:10.1109/TNAN.2013.2242088
[9] 邓宁,A.G。;北部托鲁。;Herder,J.L.,《静平衡六自由度柔顺精密工作台的设计》,机械科学,2,2,157-168(2011)·doi:10.5194/ms-2-157-2011年
[10] Dan,W。;Rui,F.,带空间梁柔性铰链的六自由度柔性并联机器人的设计和非线性分析,精密工程,45,365-373(2016)·doi:10.1016/j.precisioneng.2016.03.013
[11] 蔡,K。;田,Y。;刘,X。;Fatikow,S。;Wang,F。;崔,L。;张,D。;Shirinzadeh,B.,六自由度精密定位系统的建模和控制器设计,机械系统和信号处理,104,536-555(2018)·doi:10.1016/j.ymssp.2017.11.002
[12] 梁,Q。;张,D。;Chi,Z。;宋,Q。;Ge,Y。;Ge,Y.,基于柔顺并联机构和集成力传感器的六自由度微操作器,机器人与计算机集成制造,27,1,124-134(2011)·doi:10.1016/j.rcim.2010.06.018
[13] Brouwer,D.M。;德容,B.R。;Soemers,H.,基于MEMS的六自由度精密机械手的设计和建模,精密工程,34,2,307-319(2010)·doi:10.1016/j.precisioneng.2009.08.001
[14] Hao,G。;Kong,X.,带驱动隔离的柔顺并联机器人的结构设计方法,机械科学,7,2,247-253(2016)·doi:10.5194/ms-7-247-2016年
[15] 巴加特,美国。;Shirinzadeh,B。;克拉克,L。;Chea,P。;秦,Y。;田,Y。;Zhang,D.,新型柔性三自由度机构的设计与分析,机构与机械理论,74,173-187(2014)·doi:10.1016/j.机械力学.2013.12.006
[16] Wang,H。;Zhang,X.,三自由度柔性微定位工作台的输入耦合分析和优化设计,机械与机械理论,43,4,400-410(2008)·兹比尔1336.70012 ·doi:10.1016/j.机械原理.2007.04.009
[17] 陈,G。;刘,X。;高,H。;Jia,J.,圆锥柔性铰链的通用模型,科学仪器评论,80,5(2009)·数字对象标识代码:10.1063/1.3137074
[18] 沈毅。;陈,X。;蒋伟(Jiang,W.)。;Luo,X.,柔顺机构中圆形柔性铰链静态和动态分析的基于空间力的非棱镜梁单元,精密工程,38,2,311-320(2014)·doi:10.1016/j.precisioneng.2013.11.001
[19] Rösner,M。;Lammering,R。;Friedrich,R.,柔顺机构的动态建模和模型降阶,精密工程,42,85-92(2015)·doi:10.1016/j.precisioneng.2015.04.003
[20] 高,P。;斯维,S.-M。;袁,Z.,利用柔性铰链的新型压电驱动精密微定位台,纳米技术,10,4,394-398(1999)·doi:10.1088/0957-4484/10/4/306
[21] Handley,D.C。;焦杰(Chiao,J.)。;哈里兹·A·J。;卢·T。;Yung,Y.K。;杰米森,D.N。;G·帕里什。;张,C.W。;Varadan,V.K.,《使用柔性铰链的柔顺微定位机构的简单高效动态建模方法》,《MEMS、微电子和光子学设备和工艺技术SPIE会议录III》·数字对象标识代码:10.1117/12.523573
[22] 李毅。;Xu,Q.,3-PC平移并联运动机械的动态建模和鲁棒控制,机器人与计算机集成制造,25,33630-640(2009)·doi:10.1016/j.rcim.2008.05.006
[23] Pham,H.-H。;陈,I.-M。;Yeh,H.-C.,《微动选择驱动XYZ柔性并联机构:设计与建模》,《微机电学报》,3,1,51-73(2005)·doi:10.1163/156856305323383919
[24] 唐,X。;陈,I.-M。;Li,Q.,具有解耦运动结构的大位移XYZ柔性并联机构的设计和非线性建模,《科学仪器评论》,77,11,第115101(2006)号文章
[25] Yang,R。;Jouaneh,M。;Schweizer,R.,《低姿态微定位平台的设计与表征》,精密工程,18,1,20-29(1996)·doi:10.1016/0141-6359(95)00032-1
[26] Ling,M。;曹,J。;江,Z。;Lin,J.,复杂柔顺机构静态和动态分析的半分析建模方法,精密工程,52,64-72(2018)·doi:10.1016/j.precisioneng.2017.11.008
[27] Kim,H。;Gweon,D.-G.,紧凑型长程XY(θ_z)纳米定位平台的开发,科学仪器评论,83,8(2012)·数字对象标识代码:10.1063/1.4740254
[28] Choi,K.-B.,基于柔性铰链的柔顺机构动力学,机械工程师学会论文集,C部分:机械工程科学杂志,219,2,225-235(2005)·电话:10.1243/095440605X8478
[29] Paros,J.M.,《如何设计柔性铰链》,Mach Des,37,151-156(1965)
[30] Koseki,Y。;Tanikawa,T。;北Koyachi。;Arai,T.,使用矩阵法对平移三自由度微型并联机构进行运动学分析,2000年IEEE/RSJ智能机器人和系统国际会议论文集
[31] Wu,Y。;周,Z.,柔性铰链的设计计算,科学仪器评论,73,8,3101-3106(2002)·数字对象标识代码:10.1063/1.1494855
[32] Yung,Y.K。;卢,T.-F。;Handley,D.C.,《圆形柔性铰链设计方程和经验公式推导综述》,《精密工程》,32,2,63-70(2008)·doi:10.1016/j.precisioneng.2007.05.002
[33] 陈,G。;豪厄尔,L.L.,柔顺机构中可变矩形截面铰链扭转柔顺性的两种通用解决方案,精密工程,33,3,268-274(2009)·doi:10.1016/j.precisioneng.2008.08.001
[34] Lobontiu,N。;加西亚,E。;Canfield,S.,宏观尺度和MEMS应用中几种可变矩形截面柔性铰链的扭转刚度,智能材料与结构,13,1,12-19(2004)·doi:10.1088/0964-1726/13/1/002
[35] 赖,L.-J。;Zhu,Z.-N.,新型柔性位移放大机构的设计、建模和测试,传感器和执行器a:物理,266122-129(2017)·doi:10.1016/j.sna.2017.09.010
[36] Kim,J.H。;Kim,S.H。;Kwak,Y.K.,《三维桥式铰链机构的开发和优化,传感器和执行器A:物理,116,3,530-538》(2004)·doi:10.1016/j.sna.2004.05.027
[37] Shabana,A.A.,《多体系统动力学》(2005),美国纽约:剑桥大学出版社,美国纽约·Zbl 1291.70002号 ·doi:10.1017/CBO9781107337213
[38] 蒋伟(Jiang,W.)。;陈,X。;罗,X。;Huang,Q.,使用绝对关节坐标进行振动分析的大型开环多体系统的符号公式,系统设计与动力学杂志,2,4,1015-1026(2008)·doi:10.1299/jsdd.2.1015
[39] Young,W.C。;Budynas,R.G.,Roark的应力和应变公式(2002),美国纽约州纽约市:McGraw-Hill,美国纽约市
[40] Kim,J。;Yoon,J.-C。;Kang,B.-S.,螺栓连接结构的有限元分析和建模,应用数学建模,31,5895-911(2007)·Zbl 1137.74053号 ·doi:10.1016/j.am.2006.03.020
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。