【正文】 acitive sensor measurements. Based on singlechip on signal processing, and displays the results LED digital tube. In order to reduce errors with good precision, and improve the system, using PID algorithm bined with piezoelectric driven to realize the precise control of workbench. The theoretical and experimental values unifies, but to prove that this system can realize movement range m?10 , resolution requirements . Keywords: Flexible hinge, capacitive sensor, sensor processing circuit, MCS 51 SCM, piezoelectric ceramics 柔性鉸鏈運(yùn)動(dòng)的測(cè)量與控制系統(tǒng) 第一章 緒論 六十年代前后 ， 由于宇航和航空等技術(shù)發(fā)展的需要 ,， 對(duì)實(shí)現(xiàn)小范圍內(nèi)偏轉(zhuǎn)的支承 ， 不僅提出了高分辨力的要求 ， 而且還對(duì)其尺寸和體積提出了微型化的要求 ， 人們?cè)诮?jīng)過對(duì)各種類型的彈性支承的試驗(yàn)探索后 ， 才逐步開發(fā)出體積很小 ，可做到無 機(jī)械摩擦、無間隙的柔性鉸鏈 [1],柔性鉸鏈立即被廣泛地用于陀螺儀加速度計(jì)、精密天平等儀器儀表中 。 最后，對(duì)PID。描述了電容傳感器的測(cè)量原理，設(shè)計(jì)了。為了 更 好地減小誤差，提高系統(tǒng)的精度，運(yùn)用 PID 算法結(jié)合壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)對(duì) 該 工作臺(tái)的精密控制。而由于被測(cè)位移量為納米級(jí)，從而采用電容式傳感器進(jìn)行測(cè)量。用我們所學(xué)知識(shí)，使之成為一套精密測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高效率，高精度，高穩(wěn)定性，低誤差的測(cè)量。 第一章 緒論 .................................................................................................................... 4 國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) ....................................................................................... 4 柔性鉸鏈研究意義 .............................................................................................. 7 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù) 第二章 柔性鉸鏈微動(dòng)工作臺(tái)測(cè)量與控制系統(tǒng) 的總體 設(shè)計(jì) .................................................. 8 總體方案設(shè)計(jì) 柔性鉸鏈單元工作原理 ...................................................................................... 8 平行四桿微動(dòng)工作臺(tái)設(shè)計(jì) 與分析 ........................................................................ 9 第三章 微動(dòng)工作臺(tái)測(cè)量系統(tǒng) 設(shè)計(jì) ................................................................................... 11 第四章 微動(dòng)工作臺(tái) 控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì) ................................................................................... 13 傳感器基本工作原理 .......................................................................................... 13 傳感器轉(zhuǎn)換電路 ................................................................................................. 16 MCS51單片機(jī) .................................................................................................. 18 18 位 AD7674 .................................................................................................. 19 18 位 DAC9881 .................................................................................................. 21 PID控制器 ........................................................................................................ 24 功率運(yùn)算放大電路 ............................................................................................ 28 壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器 ................................................................................................ 29 ...................................................................................................................................... 30 主程序 .............................................................................................................. 30 A/D 轉(zhuǎn)換子程序 ................................................................................................. 32 矩陣鍵盤輸入子程序 ......................................................................................... 33 顯示子程序 ....................................................................................................... 34 數(shù)據(jù)運(yùn)算子程序 ................................................................................................ 35 D/A轉(zhuǎn)換子程序 ................................................................................................. 36 第五章 總結(jié) 與展望 ........................................................................................................ 37 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................ 39 致謝 ............................................................................................................................... 38 摘 要 柔性鉸鏈以其無摩擦、無間隙、運(yùn)動(dòng)靈活、敏度高的優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用 ， 尤其在納米技術(shù)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景，柔性鉸鏈?zhǔn)菍?shí)現(xiàn)納米級(jí)微運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵技術(shù)，其運(yùn)動(dòng)位移的測(cè)量與控制是實(shí)現(xiàn)納米運(yùn)動(dòng)的核心技術(shù)。本 次畢業(yè)設(shè)計(jì) 采用 柔性鉸鏈 機(jī)構(gòu)和電容傳感器 ，設(shè)計(jì) 了 一套微動(dòng)工作臺(tái)的測(cè)量與控制系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中， 由柔性鉸鏈構(gòu)成的平行四桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生一個(gè)微位移量 d 。以單片機(jī)為核心對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，并用 鍵盤輸入預(yù)定值并用 LED 數(shù)碼管顯示。 運(yùn)用解析法，從理論上分析了柔性鉸鏈工作臺(tái)的。 國內(nèi)外現(xiàn)狀 和發(fā)展趨勢(shì) 柔性鉸鏈 定義 柔性鉸鏈?zhǔn)墙陙戆l(fā)展起來的一種新型機(jī)械傳動(dòng)和支撐機(jī)構(gòu)，用于繞軸作復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的有限角位移。柔性鉸鏈具有無摩擦、無間隙、運(yùn)動(dòng)靈活、敏度高的特點(diǎn)，常用來作為位移放大器，可將位移放大到數(shù)百微米，極大地拓展了微位移驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用范圍和應(yīng)用領(lǐng)域。 柔性鉸鏈的類型 目前柔性鉸鏈的類型主要有單軸柔性鉸鏈，雙軸柔性鉸鏈兩種 單軸柔性鉸鏈截面形狀有圓形和矩形的兩種，如圖 11 所示。的單軸柔性鉸鏈組成的（圖 12（ａ）），對(duì)于大部分應(yīng)用，這種設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是圖 12 單軸柔性鉸鏈兩個(gè)軸沒有交叉，具有交浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 叉軸的最簡(jiǎn)單的雙軸柔性鉸鏈?zhǔn)前杨i部作成圓桿狀（圖 12（ｂ）），這種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單且加工容易，但它的截面面積比較小，因此縱向強(qiáng)度比圖 12（ａ）弱得多。 圖 12 雙軸柔性鉸鏈 柔性鉸鏈國內(nèi)外現(xiàn)狀 就現(xiàn)階段的發(fā)展趨勢(shì)，柔性鉸鏈的應(yīng)用主要是與壓電致動(dòng)相結(jié)合 ，形成微位移機(jī)構(gòu) 。為了能在光學(xué)和電子顯微鏡中使用 , 要求工作臺(tái)結(jié)構(gòu)緊湊并能在壓電驅(qū)動(dòng)高精度工作臺(tái)真空中工作。 壓電元件在低頻工作時(shí)的能量耗散為零 ,因此工作臺(tái)沒 有內(nèi)部熱源。 圖 13 壓電驅(qū)動(dòng)高精密工作臺(tái) 柔性鉸鏈技術(shù) 在精密聯(lián)接工藝 也有應(yīng)用 [3],如激光焊接中 ,需要較大運(yùn)動(dòng)范圍、結(jié)構(gòu)緊湊、 高剛度、垂直運(yùn)動(dòng)的微動(dòng)臺(tái)。該微動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)范圍為 200 Lm, 垂直剛度為610 N/Lm, 頻響為 364 Hz。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 圖 15 納米級(jí)精密定位工作臺(tái) 柔性鉸鏈 研究趨勢(shì) 近年來，采用壓電元件驅(qū)動(dòng)，柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)精密定位有著眾多的應(yīng)用，如微動(dòng)工作臺(tái)，引激光焊接、光學(xué)自動(dòng)聚焦系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域。就目前來看，柔性鉸鏈 — 壓電