压电致动的超精密柔性机构设计及应用

本书面向光学精密工程，以柔性铰链的结构参数作为具体研究对象，探讨了基于柔性铰链的柔性精密机构的结构优化设计方法，研究了压电精密致动器的设计方法与技术应用，设计了多自由度串联和并联精密定位平台。全书内容涉及柔性机构设计方法学、压电智能结构静力学、并联机构运动学、动力学等方法理论，主要包括绪论、压电陶瓷材料概述、柔性压电精密致动器基础理论、柔性铰链参数化设计方法、柔性正交式压电精密致动器、柔性杠杆式压电精密致动器、柔性菱形压电精密致动器、柔性精密运动平台、压电致动的3-DOF串联精密定位平台、压电致动的3-DOF并联精密定位平台和压电精密致动技术应用展望等主要内容。 本书可作为压电材料、精密机械系统及并联机器人等方向的研究生、博士生、教科研人员及工程技术人员的参考书。

卢倩博士，副教授，硕士生导师，主要从事智能制造、智能装备集成与自动化控制及其产业化应用等领域的研究和教学工作。主持和参与国家自然科学基金项目3项，江苏省自然科学基金项目、江苏省高校自然科学重大项目3项。在Review of ScientificInstrument、《仪器仪表学报》等国内外学术期刊发表学术论文30余篇，担任Journal of Physics D: Applied Physics等SCI期刊审稿专家。获得国际授权发明专利1项，国内授权发明专利3项；出版英文著作1部；获中国商业科学技术一等奖、三等奖各1项，盐城市科学技术二等奖1项；担任国家自然科学基金项目同行评议专家，江西省科技项目评审专家，江苏省机械行指委装备制造专委会委员。

第1章 绪论
1.1 柔性精密机构概述
1.1.1 柔性精密机构应用领域
1.1.2 柔性精密机构主要性能指标
1.1.3 柔性精密机构技术瓶颈
1.2 柔性精密机构研究进展与应用现状
1.2.1 研究进展
1.2.2 应用现状
1.3 本书主要内容
参考文献
第2章 压电陶瓷材料概述
2.1 压电陶瓷材料的应用
2.1.1 压电式加速度传感器
2.1.2 超声波传感器
2.1.3 压电灵巧手
2.2 压电陶瓷的基本性能参数
2.2.1 介电常数
2.2.2 压电常数
2.2.3 弹性常数
2.2.4 机械品质因数
2.2.5 机电耦合系数
2.3 压电方程及压电振子的振动模式
2.3.1 压电方程
2.3.2 压电振子的振动模式
2.4 压电叠堆的结构与性能
2.4.1 压电叠堆的结构
2.4.2 压电叠堆的基本性能
2.5 压电叠堆作动系统设计
2.5.1 压电叠堆作动系统的动态特性
2.5.2 压电叠堆作动系统的柔性设计
本章小结
参考文献
第3章 柔性压电精密致动器基础理论
3.1 压电致动器的概念、特点与分类
3.2 压电致动器的发展、研究现状与应用
3.2.1 压电致动器的发展
3.2.2 压电致动器的研究现状
3.21 3压电致动器的应用
3.3 压电致动器的振动状态
3.3.1 共振
3.3.2 非共振
3.3.3 共振与非共振的比较
3.4 多模式作动机理
3.4.1 作动方式
3.4.2 工作模式
本章小结
参考文献
第4章 柔性铰链参数化设计方法
4.1 柔性铰链参数化设计
4.1.1 结构参数ε
4.1.2 柔度参数λ
4.2 深切口椭圆型柔性铰链
4.2.1 转动刚度模型
4.2.2 结构参数灵敏度分析
4.2.3 刚度／柔度模型
4.3 柔性铰链模糊优化设计
4.3.1 模糊优化设计方法
4.3.2 算例分析
4.4 柔性机构参数化设计
4.4.1 柔性机构模型
4.4.2 柔性机构放大率计算
4.5 基于柔性铰链参数的柔性机构优化设计
4.5.1 柔性机构柔性铰链优化设计
4.5.2 有限元仿真验证
4.5.3 实验验证
本章小结
参考文献
第5章 柔性正交式压电精密致动器
5.1 柔性正交式压电致动器结构设计
5.1.1 双足定子机构设计
5.1.2 夹持预紧机构设计
5.2 工作原理
5.3 预紧机构的小型化优化设计
5.4 实验研究
5.4.1 实验平台
5.4.2 双驱动足定子机构实验
5.4.3 步进作动实验
5.4.4 连续作动实验
本章小结
参考文献
第6章 柔性杠杆式压电精密致动器
6.1 柔性杠杆式压电致动器结构设计
6.1.1 定子机构设计
6.1.2 夹持预紧机构设计
6.2 工作原理
6.3 基于柔度特性的致动器结构优化设计
6.3.1 杠杆式致动器位移放大模型
6.3.2 基于柔性铰链的结构优化设计
6.3.3 优化设计验证
6.4 实验研究
6.4.1 双驱动足布局对比实验
6.4.2 步进作动实验
6.4.3 连续作动实验
本章小结
参考文献
第7章 柔性菱形压电精密致动器
7.1 柔性菱形压电致动器结构设计
7.1.1 定子机构设计
7.1.2 夹持预紧机构设计
7.2 工作原理
7.2.1 作动原理
7.2.2 作动模型
7.3 基于多目标的致动器结构参数优化设计
7.3.1 优化模型
7.3.2 有限元优化设计
7.3.3 优化设计验证
7.4 实验研究
7.4.1 步进作动实验
7.4.2 连续作动实验
本章小结
参考文献
第8章 柔性精密运动平台
8.1 精密运动平台的发展与应用
8.2 基于压电致动的精密运动平台研究现状
8.2.1 串并联精密运动平台
8.2.2 基于压电致动的精密定位平台
8.2.3 大行程精密运动定位平台
8.3 一维精密运动平台
8.3.1 一维直线运动平台
8.3.2 一维旋转运动平台
本章小结
参考文献
第9章 压电致动的3-DOF串联精密定位平台
9.1 串联平台拓扑结构设计
9.1.1 总体设计
9.1.2 直线移动平台结构设计
9.1.3 旋转运动平台结构设计
9.2 串联平台运动特性
9.2.1 运动学分析
9.2.2 动力学分析
9.3 实验研究
9.3.1 实验平台系统
9.3.2 实验测量方法
9.3.3 步进作动实验
9.3.4 连续作动实验
9.3.5 实验结果讨论
本章小结
参考文献
第10章 压电致动的3-DOF并联精密定位平台
10.1 并联平台拓扑结构设计
10.1.1 总体设计
10.1.2 并联支路设计
10.1.3 大行程圆柱型柔性铰链设计与分析
10.1.4 3-DOF并联精密定位平台刚度模型
10.2 并联平台运动特性
10.2.1 运动学分析
10.2.2 动力学分析
10.3 实验研究
10.3.1 3-DOF并联平台步进作动实验
10.3.2 3-DOF并联平台连续作动实验
本章小结
参考文献
第11章