一種用于集成多軸納米定位的新并聯(lián)運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)構(gòu)
第一部分：構(gòu)造物的運(yùn)動(dòng)學(xué)和設(shè)計(jì)
Qing Yao, Jingyan Dong, Placid M. Ferreira

摘要：
多軸的微納定位系統(tǒng)正被越來(lái)越多的用于大多數(shù)與納米技術(shù)相關(guān)的測(cè)量和加工設(shè)備中。對(duì)這個(gè)并聯(lián)運(yùn)動(dòng)學(xué)XYZ納米定位（PKXYZNP）工作臺(tái)的研究，主要是為了發(fā)展一個(gè)可行的體系以獲得純空間傳動(dòng)，這是一篇關(guān)于新的壓力驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)系列論文的兩篇中的第一篇。首先，這一機(jī)制表現(xiàn)出同時(shí)接受這個(gè)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的正反兩個(gè)封閉形式的解。這個(gè)系統(tǒng)的雅克比行列式和動(dòng)力學(xué)分析顯示，這個(gè)結(jié)構(gòu)可產(chǎn)生相對(duì)更大的工作容量而且對(duì)于系統(tǒng)在高帶寬和統(tǒng)一性能同樣適用。系統(tǒng)的構(gòu)造物是和一些它的基礎(chǔ)的雅克比行列式和模態(tài)頻率一起被描述的。這個(gè)工作臺(tái)能沿每個(gè)軸以2-4納米的分辨率有85μ米的運(yùn)動(dòng)范圍。這一控制機(jī)構(gòu)在上面所提的兩篇論文的第二篇中有關(guān)于其測(cè)試和性能的詳細(xì)討論?！綝ong J，Yao Q，F(xiàn)erreira PM. 集成多軸納米定位的一種新的并聯(lián)運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)制，第二部分：動(dòng)力學(xué)、控制和性能分析。精密工程】。

關(guān)鍵詞：納米定位；并聯(lián)運(yùn)動(dòng)學(xué)；柔性工作臺(tái)；運(yùn)動(dòng)學(xué)分析；工作臺(tái)設(shè)計(jì)

1. 引言
納米定位工作臺(tái)正在現(xiàn)代技術(shù)中起著越來(lái)越重要的作用，尤其在微納技術(shù)領(lǐng)域。這一技術(shù)在微納雕刻（例如平板刻印術(shù)）、顯微鏡掃描頭和各種其他以掃描頭為基礎(chǔ)的度量?jī)x和加工設(shè)備得到運(yùn)用【1-7】。因?yàn)殛P(guān)于納米定位工作臺(tái)有很多定義，這里我們談到的是一個(gè)可以將一個(gè)有某幾個(gè)自由度（DOF）的工作臺(tái)（末端受動(dòng)器）自動(dòng)定位到其工作位置，并且保持有序的幾納米的分辨率。特別的，我們這里處理的柔性工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)范圍可能是零點(diǎn)幾毫米，而相反，精密空氣軸承工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)范圍則是幾厘米?？紤]到這種以柔性為基礎(chǔ)的納米分辨率系統(tǒng)在掃描系統(tǒng)中的越來(lái)越多的運(yùn)用，其有普遍的大工作區(qū)域、高帶寬和高分辨率的需求。為了滿足這些需要，研究集中于這個(gè)工作臺(tái)的每個(gè)關(guān)鍵部分：控制和執(zhí)行機(jī)構(gòu)、位置傳感器、接頭和運(yùn)動(dòng)學(xué)方案。
這套論文主要的貢獻(xiàn)是在運(yùn)動(dòng)學(xué)體系、分析和控制的領(lǐng)域以獲得緊密的多軸的納米級(jí)精度的運(yùn)動(dòng)。這篇論文主要是介紹了一種新的XYZ定位的運(yùn)動(dòng)學(xué)方案、對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析、討論了構(gòu)造物和提供了系統(tǒng)的等高分析結(jié)果。因?yàn)檫@篇論文的重點(diǎn)是運(yùn)用新的并行運(yùn)動(dòng)學(xué)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)納米定位，為了給其提供工作環(huán)境，注釋其特點(diǎn)和選擇組分的技術(shù)如執(zhí)行機(jī)構(gòu)【8-12】、傳感器【13-15】、控制器和控制策略【16-19】、放大和運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向的接頭和機(jī)械結(jié)構(gòu)【1、3、15、20-23、27、28、33、34】對(duì)于決定系統(tǒng)的整體性能也是至關(guān)重要的。如此的總結(jié)，存在大量的技術(shù)來(lái)驅(qū)使和感覺(jué)以適應(yīng)不同應(yīng)用的需求。為實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)副主要運(yùn)用柔性連接。有電容感應(yīng)和壓力激勵(lì)的閉環(huán)控制常常是標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行。串行運(yùn)動(dòng)體系和堆疊軸體系也運(yùn)用。然而并聯(lián)運(yùn)動(dòng)學(xué)體系在用于以運(yùn)動(dòng)學(xué)為基礎(chǔ)的微納定位系統(tǒng)時(shí)表現(xiàn)出了一些優(yōu)點(diǎn)，即相對(duì)少的注意力放在這個(gè)體系在納米定位系統(tǒng)中無(wú)法充分的發(fā)揮其潛能。