基于粘滑驱动的跨尺度纳米定位运动生成机理及实现方法

基于粘滑驱动的跨尺度纳米定位技术在纳米操作、精密加工和检测、光学调整和医学研究等领域具有重要研究意义和应用价值。本课题针对现有基于粘滑驱动的跨尺度纳米定位技术中存在正反向运动速度和步长不一致，不同负载运动参数漂移以及运动中产生振荡等问题，从粘滑驱动运动产生机理研究入手，结合LuGre动摩擦模型，建立粘滑驱动的动力学模型，得到粘滑驱动接触界面中动摩擦力和静摩擦力的产生与转换条件及摩擦力的变化规律。并综合粘滑驱动接触界面动力学建模、高动态压电陶瓷驱动与控制、无间隙柔性传动刚度匹配、运动耦合分析等因素，建立粘滑驱动复杂机电系统统一化模型。在此基础上，提出一种基于叠堆型压电陶瓷驱动、无间隙柔性传动和粘滑驱动方式相结合的跨尺度纳米定位系统的新型结构方案，研制具有纳米定位精度、毫米级运动行程的跨尺度定位平台样机，为纳米定位和纳米操作技术的发展奠定理论基础。

基于粘滑驱动的跨尺度纳米定位技术在纳米操作、精密加工和检测、光学调整和医学研究等领域具有重要研究意义和应用价值。本课题针对现有基于粘滑驱动的跨尺度纳米定位技术中存在正反向运动速度和步长不一致，不同负载运动参数漂移以及运动中产生振荡等问题，从粘滑驱动运动产生机理研究入手，结合LuGre动摩擦模型，建立了粘滑驱动的动力学模型，得到粘滑驱动接触界面中动摩擦力和静摩擦力的产生与转换条件及摩擦力的变化规律。并综合粘滑驱动接触界面动力学建模、高动态压电陶瓷驱动与控制、无间隙柔性传动刚度匹配、运动耦合分析等因素，建立粘滑驱动复杂机电系统统一化模型。在此基础上，提出一种基于叠堆型压电陶瓷驱动、无间隙柔性传动和粘滑驱动方式相结合的跨尺度纳米定位系统的新型结构方案，研制具有纳米定位精度、毫米级运动行程的跨尺度定位平台样机。经实际测得粘滑样机的最大行程为24mm，最大速度为5mm/s，最大步距为2μm，最小分辨率为3nm，完全满足设计目标。并将实测数据与理论数据做比较，证明了理论建模的准确性。该项技术的研究为纳米定位和纳米操作技术的发展奠定理论基础。