Análisis de diseño preliminar y simulación de una nueva plataforma de microposicionamiento paralela de 3 grados de libertad y gran recorrido
Autores: Li, Chunyu; Kang, Shengzheng
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Análisis de diseño preliminar y simulación de una nueva plataforma de microposicionamiento paralela de 3 grados de libertad y gran recorrido
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Plataformas de micro-posicionamiento
Actuadores piezoeléctricos
Plataforma paralela de gran rango
Mecanismos de amplificación
Simetría estructural
Espacio de trabajo operativo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 18
Citaciones: Sin citaciones
Debido a los diversos escenarios de aplicación de las plataformas de microposicionamiento, diseñar la estructura de una plataforma de microposicionamiento que cumpla con las especificaciones de rendimiento para aplicaciones del mundo real presenta desafíos significativos. Los actuadores piezoeléctricos, conocidos por sus capacidades de conducción de alta precisión, se utilizan ampliamente en plataformas de microposicionamiento. Sin embargo, su desplazamiento de salida limitado restringe el espacio de trabajo operativo de la plataforma. Para simplificar la complejidad de los sistemas compuestos de ajuste grueso-fino tradicionales y evitar la interferencia y la carga de costos introducidas por los sistemas de ajuste grueso, se propone en este documento una nueva plataforma de microposicionamiento paralela de gran rango. A través de una configuración modular, se conectan en serie mecanismos de amplificación de tres etapas de tipo palanca, en forma de Z y en forma de L para lograr un movimiento de gran recorrido con tres grados de libertad (DOFs), compensando efectivamente el desplazamiento de salida limitado de los actuadores piezoeléctricos. La estructura emplea tres ramas de soporte simétricas en paralelo al efector final, mejorando significativamente la simetría estructural del sistema, lo que a su vez mejora la estabilidad y precisión de la operación. Además, basándose en la teoría del modelo de cuerpo pseudo-rígido y el método lagrangiano, se establecen los modelos cinemáticos y dinámicos de la plataforma de microposicionamiento. Se realizan simulaciones de elementos finitos para validar parámetros de rendimiento como la relación de amplificación de rama única, la relación de amplificación paralela y la frecuencia natural. Además, también se calcula y analiza el espacio de trabajo operativo de la plataforma. Los resultados indican que la plataforma de microposicionamiento diseñada logra una alta relación de amplificación de 17.5, con movimientos de salida aproximadamente desacoplados (relación de acoplamiento inferior al 1.25%) en cada DOF, y el espacio de trabajo operativo se mejora significativamente.
Descripción
Debido a los diversos escenarios de aplicación de las plataformas de microposicionamiento, diseñar la estructura de una plataforma de microposicionamiento que cumpla con las especificaciones de rendimiento para aplicaciones del mundo real presenta desafíos significativos. Los actuadores piezoeléctricos, conocidos por sus capacidades de conducción de alta precisión, se utilizan ampliamente en plataformas de microposicionamiento. Sin embargo, su desplazamiento de salida limitado restringe el espacio de trabajo operativo de la plataforma. Para simplificar la complejidad de los sistemas compuestos de ajuste grueso-fino tradicionales y evitar la interferencia y la carga de costos introducidas por los sistemas de ajuste grueso, se propone en este documento una nueva plataforma de microposicionamiento paralela de gran rango. A través de una configuración modular, se conectan en serie mecanismos de amplificación de tres etapas de tipo palanca, en forma de Z y en forma de L para lograr un movimiento de gran recorrido con tres grados de libertad (DOFs), compensando efectivamente el desplazamiento de salida limitado de los actuadores piezoeléctricos. La estructura emplea tres ramas de soporte simétricas en paralelo al efector final, mejorando significativamente la simetría estructural del sistema, lo que a su vez mejora la estabilidad y precisión de la operación. Además, basándose en la teoría del modelo de cuerpo pseudo-rígido y el método lagrangiano, se establecen los modelos cinemáticos y dinámicos de la plataforma de microposicionamiento. Se realizan simulaciones de elementos finitos para validar parámetros de rendimiento como la relación de amplificación de rama única, la relación de amplificación paralela y la frecuencia natural. Además, también se calcula y analiza el espacio de trabajo operativo de la plataforma. Los resultados indican que la plataforma de microposicionamiento diseñada logra una alta relación de amplificación de 17.5, con movimientos de salida aproximadamente desacoplados (relación de acoplamiento inferior al 1.25%) en cada DOF, y el espacio de trabajo operativo se mejora significativamente.