为了增加微位移定位平台的行程并提高其精度,设计了一种新型的微位移放大机构,并以此为基础设计了对称式三自由度微位移定位平台。对微位移放大机构的行程进行了理论分析,得到了微位移放大机构输入与输出位移的关系。三自由度微位移定位平台沿x轴、y轴方向的位移范围均为-21.03~21.03μm,绕z轴的转角为-0.021°~0.021°,位移及旋转的精度分别为10 nm和3.6″,所提出的微位移定位平台的结构满足精密位移平台的运动要求。利用有限元分析软件对微位移放大机构输入与输出位移的关系及微位移定位平台的行程进行仿真分析,并与理论计算结果进行了比较,其偏差分别在10.9%、13.8%及1%以内,理论分析和仿真分析的结果比较一致。

介绍了用于超微定位机构的被动隔振系统的研究，给出了超微定位机构和被动隔振系统的数学模型，并设计了被动隔振系统。该被动隔振系统对外介的低频振动干扰振效果良好。

基于平行四边形柔性铰链的狭缝机构由步进电动机带动螺杆旋转，螺母在止转器限制下上下移动，推动导杆楔入柔性铰链使两缝片之间的缝口打开，缝口大小由电涡流传感器测量，反馈给单片机，调整步进电动机的旋转，如此形成一个闭环系统。电涡流传感器输出信号直接反映缝口大小的变化，有效地补偿了机械调节系统的误差对缝宽精度的影响。

在傅里叶变换光谱仪研制中,基于迈克尔逊干涉仪的动镜机构研制是技术难点之一,而柔性铰链机构则是动镜机构的核心部分。利用简单的平行两杆机构为基体进行复杂化设计,得出一种新型柔性铰链机构并对其进行原理分析,利用有限元分析软件Patran和Nastran对其进行模拟计算,并和传统的平行两杆机构理论计算结果进行分析比较。结果表明,新型柔性铰链机构不仅使动镜的垂直耦合位移量缩小到原来的1.4%,而且将动镜的运动自由度有效地降至一维,为后续研究者提供参考。

针对微机电系统中常用单轴柔性铰链机构原始理论设计的复杂性,提出了简洁而准确的单轴柔性铰链设计计算方法.从基础理论出发推导出了柔性铰链刚度及转角设计公式,分析了柔性铰链设计中结构参数与性能的关系.通过一种压电驱动微动工作台设计实例分析了单轴柔性铰链机构在微机电系统中的应用.实践证明了该方法的简便、可靠与实效性.

在同轴望远镜系统中,主镜和次镜的相对位置和姿态有非常严格的要求,需要将次镜设计成多自由度可以调整的机构.针对次镜调整机构的性能要求,提出一套由二维XY移动平台和三维Tip/Tilt/Focus平台组合成的五自由度次镜调整机构方案.其中三维Tip/Tilt/Focus平台由3个驱动器、定平台与动平台组成,驱动器与动平台之间由柔性铰链连接,通过3个驱动器的伸缩和柔性铰链的转动来实现动平台的三自由度运动.对三维Tip/Tilt/Focus平台的运动学原理作了详细介绍,深入地讨论柔性铰链弯曲刚度和轴向刚度与几何参数的关系.研究结果为五维调整机构及柔性铰链的设计提供客观依据,具有较大的实际意义.

要制作尺寸达200mm×200mm、最小线宽为1μm的二元光学元件,设备传动系统必须满足大行程、亚微米级定位精度的需求.通过比较滚珠丝杠传动、直线电机传动及摩擦传动的优缺点,提出了采用滚珠丝杠驱动气体静压导轨实现粗定位、压电陶瓷驱动柔性铰链实现精确定位、用高精度光栅尺实现闭环反馈控制的技术方案.对导轨刚度及固有频率、丝杠刚度及固有频率、柔性铰链的转角刚度、光栅尺的反馈误差等影响系统精度的主要因素进行了分析.HP5528A双频激光干涉仪的检测结果表明传动系统位移灵敏度达到了0.03μm,定位精度小于0.20μm/100mm.

分析了两类柔性微动直线导轨的结构特点，提出一种以刚度比指标来综合衡量柔性微动直线导轨导向性能的方法。基于Castigliano（位移）第二定理推导了计算两类柔性微动直线导轨不同方向静刚度的解析表达式。对两类柔性微动直线导轨的设计实例进行分析，结果表明其中一种具有叠形支链的柔性微动直线导轨具有更好的导向性能。该文方法和结论可为柔性微动直线导轨的选型与设计提供参考。

设计了一种以柔性铰链为转动副的微夹持器。微夹持器采用压电陶瓷驱动，具有结构简单、加工方便、夹持范围大等优点。在设计过程中，采用有限元方法，推导了柔性铰链的刚度矩阵与一致质量矩阵，优化了微夹持器的结构尺寸。为了验证算法的正确性，根据优化后的尺寸建立了几何模型，并利用ANSYS有限元分析软件对夹持器进行了静力学和动力学分析，分析结果与计算结果吻合较好，说明了算法的正确性。

针对柔性微夹持器中柔性铰链在工作中受到交变应力作用导致屈曲的问题,以圆形切口柔性铰链为例,对其施加载荷后进行受力分析,推导出临界力的计算公式。通过Ansys Workbench17.0对铰链进行有限元屈曲分析,取第一阶屈曲模态,与利用推导公式得到的临界力进行对比,误差为0.23%,验证了公式的准确性。引入正交试验设计,找出影响临界力的可控因子和噪声因子并对其进行正交试验设计。采用权重分析法,定量分析参数对临界力的影响程度。研究结果表明各个参数对临界力变化的作用所占的权重不一样,为铰链设计提供了理论基础。