一种用于集成多轴纳米定位的新并联运动学机构[外文翻译].doc

一种用于集成多轴纳米定位的新并联运动学机构
第一部分：构造物的运动学和设计
Qing Yao, Jingyan Dong, Placid M. Ferreira

摘要：
多轴的微纳定位系统正被越来越多的用于大多数与纳米技术相关的测量和加工设备中。对这个并联运动学XYZ纳米定位（PKXYZNP）工作台的研究，主要是为了发展一个可行的体系以获得纯空间传动，这是一篇关于新的压力驱动工作台系列论文的两篇中的第一篇。首先，这一机制表现出同时接受这个动力学问题的正反两个封闭形式的解。这个系统的雅克比行列式和动力学分析显示，这个结构可产生相对更大的工作容量而且对于系统在高带宽和统一性能同样适用。系统的构造物是和一些它的基础的雅克比行列式和模态频率一起被描述的。这个工作台能沿每个轴以2-4纳米的分辨率有85μ米的运动范围。这一控制机构在上面所提的两篇论文的第二篇中有关于其测试和性能的详细讨论。【Dong J，Yao Q，Ferreira PM. 集成多轴纳米定位的一种新的并联运动学机制，第二部分：动力学、控制和性能分析。精密工程】。

关键词：纳米定位；并联运动学；柔性工作台；运动学分析；工作台设计

1. 引言
纳米定位工作台正在现代技术中起着越来越重要的作用，尤其在微纳技术领域。这一技术在微纳雕刻（例如平板刻印术）、显微镜扫描头和各种其他以扫描头为基础的度量仪和加工设备得到运用【1-7】。因为关于纳米定位工作台有很多定义，这里我们谈到的是一个可以将一个有某几个自由度（DOF）的工作台（末端受动器）自动定位到其工作位置，并且保持有序的几纳米的分辨率。特别的，我们这里处理的柔性工作台的运动范围可能是零点几毫米，而相反，精密空气轴承工作台的运动范围则是几厘米。考虑到这种以柔性为基础的纳米分辨率系统在扫描系统中的越来越多的运用，其有普遍的大工作区域、高带宽和高分辨率的需求。为了满足这些需要，研究集中于这个工作台的每个关键部分：控制和执行机构、位置传感器、接头和运动学方案。
这套论文主要的贡献是在运动学体系、分析和控制的领域以获得紧密的多轴的纳米级精度的运动。这篇论文主要是介绍了一种新的XYZ定位的运动学方案、对系统的运动学和动力学分析、讨论了构造物和提供了系统的等高分析结果。因为这篇论文的重点是运用新的并行运动学方案来实现纳米定位，为了给其提供工作环境，注释其特点和选择组分的技术如执行机构【8-12】、传感器【13-15】、控制器和控制策略【16-19】、放大和运动导向的接头和机械结构【1、3、15、20-23、27、28、33、34】对于决定系统的整体性能也是至关重要的。如此的总结，存在大量的技术来驱使和感觉以适应不同应用的需求。为实现运动副主要运用柔性连接。有电容感应和压力激励的闭环控制常常是标准的执行。串行运动体系和堆叠轴体系也运用。然而并联运动学体系在用于以运动学为基础的微纳定位系统时表现出了一些优点，即相对少的注意力放在这个体系在纳米定位系统中无法充分的发挥其潜能。