Дослідження систем мікропереміщень для маніпулювання мініатюрними об’єктами

Abstract

Кваліфікаційна робота присвячена дослідженню багатокоординатних систем мікропереміщення і їх модулів на базі п’єзоелектричних перетворювачів для маніпулювання мініатюрними об’єктами. У роботі запропонована концепція мехатронних маніпуляційних систем мікропереміщень з деревовидною структурою, заснованою на принципах біоніки, що дозволяє досягти високої варіативності маніпулювання з мінімальним ускладненням конструкцій мікроманіпуляторів. Запропоновані нові схемні рішення мехатронних модулів з одного, двома і трьома ступенями вільності на базі біморфних п’єзоелектричних приводів. Показано, що біморфний п’єзоелектричний привід скорочує кінематичний ланцюг модулів мікропереміщень в порівнянні з іншими елементами, що перетворюють електричну енергію в механічну. Біморфні п’єзоелектричні приводи, завдяки використанню прямого і зворотного п’єзоеффекту, можуть бути елементами мініатюрних мехатронних систем мікропереміщень. Застосування методики розрахунку пружних систем з біморфними п’єзоелектричними приводами дозволяє швидко провести аналіз фізичної картини системи мікропереміщень при дії електричної напруги і зовнішніх механічних навантажень, оцінити і вибрати варіант кінематичної схеми системи і його модулів, знайти оптимальні параметри елементів системи.

The paper proposes a concept of mechatronic manipulation systems of micromovements with a tree-like structure based on the principles of bionics, which allows to achieve high variability of manipulation with minimal complication of micromanipulator designs. New schematic solutions of mechatronic modules with one, two and three degrees of freedom based on bimorphic piezoelectric actuators are proposed. It is shown that the bimorphic piezoelectric actuator shortens the kinematic chain of microdisplacement modules in comparison with other elements that convert electrical energy into mechanical energy. Bimorphic piezoelectric actuators, thanks to the use of direct and reverse piezoelectric effect, can be elements of miniature mechatronic systems of microdisplacement. The application of the methodology for calculating elastic systems with bimorphic piezoelectric actuators allows you to quickly analyze the physical picture of the microdisplacement system under the action of electric voltage and external mechanical loads, evaluate and choose a variant of the kinematic scheme of the system and its modules, and find the optimal parameters of the system elements.