一種用于集成多軸納米定位的新并聯(lián)運動學(xué)機構(gòu)
第一部分：構(gòu)造物的運動學(xué)和設(shè)計
Qing Yao, Jingyan Dong, Placid M. Ferreira

摘要：
多軸的微納定位系統(tǒng)正被越來越多的用于大多數(shù)與納米技術(shù)相關(guān)的測量和加工設(shè)備中。對這個并聯(lián)運動學(xué)XYZ納米定位（PKXYZNP）工作臺的研究，主要是為了發(fā)展一個可行的體系以獲得純空間傳動，這是一篇關(guān)于新的壓力驅(qū)動工作臺系列論文的兩篇中的第一篇。首先，這一機制表現(xiàn)出同時接受這個動力學(xué)問題的正反兩個封閉形式的解。這個系統(tǒng)的雅克比行列式和動力學(xué)分析顯示，這個結(jié)構(gòu)可產(chǎn)生相對更大的工作容量而且對于系統(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。這個工作臺能沿每個軸以2-4納米的分辨率有85μ米的運動范圍。這一控制機構(gòu)在上面所提的兩篇論文的第二篇中有關(guān)于其測試和性能的詳細(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)運動學(xué)機制，第二部分：動力學(xué)、控制和性能分析。精密工程】。

關(guān)鍵詞：納米定位；并聯(lián)運動學(xué)；柔性工作臺；運動學(xué)分析；工作臺設(shè)計

1. 引言
納米定位工作臺正在現(xiàn)代技術(shù)中起著越來越重要的作用，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)的度量儀和加工設(shè)備得到運用【1-7】。因為關(guān)于納米定位工作臺有很多定義，這里我們談到的是一個可以將一個有某幾個自由度（DOF）的工作臺（末端受動器）自動定位到其工作位置，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的運動范圍可能是零點幾毫米，而相反，精密空氣軸承工作臺的運動范圍則是幾厘米?？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)中的越來越多的運用，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，研究集中于這個工作臺的每個關(guān)鍵部分：控制和執(zhí)行機構(gòu)、位置傳感器、接頭和運動學(xué)方案。
這套論文主要的貢獻(xiàn)是在運動學(xué)體系、分析和控制的領(lǐng)域以獲得緊密的多軸的納米級精度的運動。這篇論文主要是介紹了一種新的XYZ定位的運動學(xué)方案、對系統(tǒng)的運動學(xué)和動力學(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。因為這篇論文的重點是運用新的并行運動學(xué)方案來實現(xiàn)納米定位，為了給其提供工作環(huán)境，注釋其特點和選擇組分的技術(shù)如執(zhí)行機構(gòu)【8-12】、傳感器【13-15】、控制器和控制策略【16-19】、放大和運動導(dǎo)向的接頭和機械結(jié)構(gòu)【1、3、15、20-23、27、28、33、34】對于決定系統(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)來驅(qū)使和感覺以適應(yīng)不同應(yīng)用的需求。為實現(xiàn)運動副主要運用柔性連接。有電容感應(yīng)和壓力激勵的閉環(huán)控制常常是標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行。串行運動體系和堆疊軸體系也運用。然而并聯(lián)運動學(xué)體系在用于以運動學(xué)為基礎(chǔ)的微納定位系統(tǒng)時表現(xiàn)出了一些優(yōu)點，即相對少的注意力放在這個體系在納米定位系統(tǒng)中無法充分的發(fā)揮其潛能。