纳米级微动平台的设计与实验研究

纳米级微动平台（以下简称微动平台）是微机电系统的重要组成部分，其技术涵盖多个领域的先进技术，其应用范围和领域也越来越广泛。微动平台是实现纳米尺度观测与操作的关键部件。纳米级微动平台的机械性能如力学和运动学特性，直接影响纳米作业系统的应用效果。本文以纳米级微动平台的设计开发为目标，采用CAD和CAE技术，以机械设计理论、有限元方法、显微视觉检测技术等为研究手段，较深入地研究了一种基于PZT驱动的非耦合2维纳米级微动平台的结构设计、结构力学特性以及运动精度等关键技术问题。为此类纳米级微动平台的设计、加工、组装与测试提供了基本理论依据和实现途径。主要工作如下： 1 针对非耦合纳米级微动平台的应用背景和技术要求，应用CAD和CAE技术完成了基于弹性筋板导向和压电陶瓷驱动的新型纳米级微动平台的结构设计。 2 研究采用有限元分析软件ANSYS和COSMOSWorks对所设计的纳米级微动平台进行了结构力学仿真分析，理论上证明了平台结构设计的合理性及可行性。 3 针对驱动器装配误差、导向筋板的加工误差对平台运动精度的影响问题，研究采用有限元仿真方法对平台的运动精度进行了定量的计算分析。 4 研究采用显微视觉技术和序列图像处理技术，完成了纳米级微动平台动态运动性能的检测，给出了平台的动态输入输出特性以及运动过程中平台边框的变形情况。