Основы теории и проектирования мехатронных систем микроперемещений с пьезоэлектрическими приводами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.05, доктор технических наук Смирнов, Аркадий Борисович

• Смирнов, Аркадий Борисович
• доктор технических наук
• 2004

Оглавление диссертации доктор технических наук Смирнов, Аркадий Борисович

ВВЕДЕНИЕ.

1. СИСТЕМЫ МИКРОПЕРЕМЕЩЕНИЙ, ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ И

ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ.

1.1. Основные области применения и направления развития, классификация и проблемы разработки систем микроперемещений.

1.2. Приводы систем микроперемещений, области их использования.

1.3. Основные свойства и характеристики микроманипуляци-онных систем.

1.4. Анализ структуры микроманипуляционных систем.

1.5. Бионический подход к созданию микроманипуляционных систем.

1.6. Мехатронные модули микроперемещений.

1.7. Измерительные преобразователи и чувствительные элементы мехатронных модулей микроперемещений.

1.8. Выводы.

2. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МЕХАТРОННЫХ МОДУЛЕЙ МИКРОПЕРЕМЕЩЕНИЙ.

2.1. Пьезоэлектрические элементы и преобразователи для приводов мехатронных модулей.

2.2. Модули микроперемещений на базе составных и трубчатых пьезоэлектрических преобразователей.

2.3. Модули микроперемещений с биморфными пьезоэлектрическими преобразователями.

2.4. Выводы.

3. АНАЛИЗ УПРУГИХ СИСТЕМ И РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ МОДУЛЕЙ МИКРОПЕРЕМЕЩЕНИЙ НА БАЗЕ БИ-МОРФНЫХ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ.

3.1. Функциональный анализ упругих систем.

3.2. Активные упругие направляющие.

3.3. Активные упругие шарниры.

3.4. Модули микроперемещений с управляемыми траекториями движения точек выходного звена.

3.5. Выводы.

4. РАСЧЕТНЫЕ МОДЕЛИ МОДУЛЕЙ С СОСТАВНЫМИ И ТРУБЧАТЫМИ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ.

4.1. Постановка задачи построения расчетных моделей.

4.2. Уравнения состояния пьезоэлектрической среды.

4.3. Составной пьезоэлектрический преобразователь.

4.4. Модуль мультиплекции перемещений.

4.5. Трубчатый пьезоэлектрический преобразователь.

4.6. Выводы.

5. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ БИМОРФНЫХ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ И МЕТОДИКА РАСЧЕТА УПРУГИХ СИСТЕМ НА ИХ ОСНОВЕ.

5.1. Математические модели биморфных пьезоэлектрических преобразователей и их сравнительный анализ.

5.2. Методика расчета перемещений выходных звеньев упругих систем с биморфными пьезоэлектрическими преобразователями.

5.3. Выводы. 6. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ РАСЧЕТНЫХ МОДЕЛЕЙ ОСНОВНЫХ МОДУЛЕЙ МИКРОПЕРЕМЕЩЕНИЙ С БИМОРФНЫ-МИ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ.

6.1. Постановка задачи построения расчетных моделей.

6.2. Активные упругие направляющие.

6.3. Активные упругие шарниры.

6.4. Выводы.

7. РАЗРАБОТКА И АНАЛИЗ РАСЧЕТНЫХ МОДЕЛЕЙ УПРУГИХ СИСТЕМ С УПРАВЛЯЕМЫМ ДВИЖЕНИЕМ ВЫХОДНОГО ЗВЕНА

7.1. Постановка задачи построения расчетных моделей.

7.2. Двухкоординатная манипуляционная система на базе активного упругого шарнира с одной рессорой. 7.3. Двухкоординатная система сканирования на базе активного упругого параллелограмма и мультиплексной передачи.

7.4. Двухкоординатный сканер.

7.5 Трехкоординатное устройство с усиленной схемой.

7.6. Выводы.

8. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ УПРУГИХ СИСТЕМ С БИМОРФ-НЫМИ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ.

8.1. Динамические модели упругих систем с биморфными пьезоэлектрическими преобразователями.

8.2. Амплитудно-фазовые частотные характеристики и добротность системы.

8.3. Динамические модели устройств с несколькими степенями свободы.

8.4. Выводы.

9. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПЫТНЫХ ОБРАЗЦОВ МОДУЛЕЙ МИКРОПЕРЕМЕЩЕНИЙ, СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И ОСНОВЫ САПР МЕХАТРОННЫХ СИСТЕМ.

9.1. Цели и методы исследований.

9.2. Исследование биморфных пьезоэлектрических преобразователей.

9.3. Исследование модулей на базе активных упругих параллелограммов и активных упругих шарниров.

9.4. Описание и характеристики опытных образцов модулей.

9.5. Разработка систем управления и питания модулей.

9.6. Основы САПР мехатронных систем микроперемещений.

9.7. Рекомендации по практическому применению пьезоэлектрических систем микроперемещений.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Основы теории и проектирования мехатронных систем микроперемещений с пьезоэлектрическими приводами»

Стремительно развивающаяся отрасль микромеханики в различных областях техники, включая микроэлектронику, приборостроение, медицинскую технику, дала мощный импульс внедрению приводов на базе пьезоэлектрических преобразователей (1111) электрической энергии в механическую и упругих устройств на их основе. Появляются все новые области использования ПП для манипуляционных задач рабочих органов высокоточных миниатюрных и микромеханических систем.

Существует большой спектр технических задач, в которых необходимо обеспечить линейные перемещение микрообъектов до 0.01 - 0.5 мм и угловые перемещения до 0.5° - 2° при разрешающей способности порядка 1 мкм и 10 угл. сек. К этим системам микроперемещений (СМП) в первую очередь относятся микроманипуляторы для биологических исследований на уровне клетки, манипуляторы для сборки микроустройств (микроклапанов, микроэлектродвигателей, электромагнитных микрореле) и микроэлектронных схем, а также оптико-механические устройства: лазерные сканеры, системы юстировки и адаптивной оптики.

Манипуляционные системы на базе традиционных электромеханических приводов громоздки и дороги. Требования высокой компактности и точности программного воспроизведения движения дали толчок для развития пьезоэлектрических мехатронных систем, в которых в малых объемах сосредоточены элементы как приводов и механических передач, так и средств управления.

Большое количество исследований в области СМП посвящено отдельным направлениям пьезоэлектрических систем, таким как пьезоэлектронные устройства систем управления и контроля. В монографиях Б.С. Аронова [3], Р.Ю. Бансявичуса [7], Р.Г. Джагупова [19], В.И. Домаркаса [21], А.А.Ерофеева [19], Б.А.Кудрявцева [60], В.В. Лавриненко [49], А.А. Никольского [57], А.Е. Панича [59], В.З. Партона [60], С.И. Пугачева

67], К.М. Рагульскиса [7], У. Кеди [42], У. Мэзона [105] и других отечественных и зарубежных авторов проведены серьезные теоретические и экспериментальные исследования пьезоэлектриков и устройств на их основе, которые позволили создать теорию пьезосреды. Эти же авторы создали целую гамму устройств, в которых ПП работают с большой эффективностью. Однако в большинстве работ (кандидатские диссертации В.А. Гришко [16], О.В. Даринцева [18], Джамал Рисан Ахмеда [20], В.А.Коваленко [44], Д.Л.Расторгуева [69], О.В.Федотова [104], A.M. Щербина[111] и др.) рассматриваются вопросы разработки и расчета конкретных устройств на базе ПП и иных преобразователей энергии без учета требований к траектории движения выходного звена, уделяется мало внимания методике расчета сложных упругих систем при одновременном действии управляющих и возмущающих воздействий.

В Российской Федерации серьезные работы по разработке устройств с ПП ведутся в АО «ЭЛПА» (г. Зеленоград), НКТБ «Пьезоприбор» (г. Ростов-на-Дону), ОКБ «СОЛТО» (г. Москва), НИИРЛ МГТУ им. Н.Э. Баумана, МИЭТ, ЦНИИ «Гидроприбор» (Санкт-Петербург), Институте нанотехнологий (г. Москва), АО «Электроприбор» (Санкт- Петербург), СПбГПУ (Санкт-Петербург), УГАТУ (г. Уфа) и других организациях.

Важный принцип мехатроники, заключающийся в соединении в единую систему электромеханических преобразователей энергии, передаточных механизмов и рабочих органов, может быть воплощен в приборостроении при помощи ПП, встроенных в передаточные механизмы или даже непосредственно в рабочие органы. Использование в одних элементах как прямого, так и обратного пьезоэффектов позволяет соединить в единой целое привод и датчики обратной связи. Этим достигается высокая компактность устройств в целом.

Однако обобщенный системный подход к анализу и проектированию ме-хатронных пьезоэлектрических систем в настоящее время не сформировался. В научных работах обычно рассматриваются конкретные реализации, которые весьма разнородны. По этой причине актуальна разработка теории и методики расчета и проектирования СМП с ГШ. Следует выделить важный аспект этой проблемы. При создании микромеханических систем необходимы следующие свойства, характеристики и параметры, которые определяют в дальнейшем стратегию поиска оптимальной конструкции мехатронной микросистемы. К ним относятся: траектории движения характерных точек выходного звена, его максимальные перемещения, силовые характеристики, управляемость системы в заданном частотном диапазоне. Исходя из этого, в первую очередь необходимо проанализировать известные упругие устройства со встроенными ПП с целью определения указанных выше параметров. Далее необходимо решить задачу по определению геометрических и физических характеристик элементов и всей микромеханической системы в целом при заданных ограничениях на габариты, развиваемые силы, диапазоны рабочих частот и т.д. Заключительным этапом разработки мехатронной системы является параметрическая оптимизация. Она в основном заключается в определении соотношений геометрических и физических характеристик элементов системы при максимальных амплитудах перемещений и при заданных общих габаритах мехатронной системы в целом и развиваемых силах.

Для успешного решения поставленных задач нужно разработать ряд типовых схемных решений СМП, математических моделей модулей СМП с характерными кинематическими признаками, для которых можно рассчитать требуемые параметры. К таким модулям можно отнести упругие устройства, конечные звенья которых совершают либо поступательное, либо вращательное, либо сложное движение. При проектировании СМП, состоящих из последовательного и параллельного соединения указанных модулей, необходимо согласовать их входные и выходные параметры. Для создания эффективных СМП необходимо решить указанные проблемы, поэтому тема диссертации, в которой разрабатываются вопросы теории и проектирования СМП, является актуальной.

Создание математических моделей, отражающих поведение микромеханических систем при управляющих и внешних воздействиях, позволяет определить оптимальные параметры системы, не прибегая к сложным экспериментальным исследованиям по поиску конструкции и параметров ее элементов. Особая важность при этом заключается в правильном выборе ограничений и упрощений расчетной модели. В пределе желательно иметь такую математическую модель системы микроперемещений, которую можно рассматривать аналитически. К сожалению, этого достичь часто не представляется возможным. Такая постановка задачи в целом позволяет подойти к проектированию микроманипуляционных мехатронных систем наиболее эффективно, т.к. экспериментальная и опытная доводка устройств занимает много времени без приблизительной оценки оптимальных параметров.

Целью диссертационной работы является разработка основ теории и методов проектирования модулей систем микроперемещений на базе пьезоэлектрических приводов, а также выработка практических рекомендаций по созданию высокоэффективных систем микроперемещений в приборостроении, полученных в результате теоретических и экспериментальных исследований. Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие основные задачи:

- классифицировать СМП и их приводы, выявить оптимальные варианты;

- разработать концепцию и принципы построения манипуляционных СМП;

- провести анализ характера движений рабочих органов СМП;

- сформулировать и проанализировать требования к модулям с ПП, воспроизводящим заданные траектории движения;

- разработать схемные решения принципиально новых упругих устройств с ПП, отвечающих комплексу технических требований;

- определить параметры формы деформированного состояния пьезокера-мических элементов, входящих в состав ПП, при подаче напряжения;

- 10- разработать методику расчета перемещений многокоординатных упругих систем при одновременном действии подаваемого на ПП электрического напряжения и внешних сил;

- провести структурную и параметрическую оптимизацию СМП;

- оценить собственные частоты полученных систем;

- определить амплитуды вынужденных колебаний выходных звеньев СМП с учетом добротности механических и пьезоэлектрических элементов систем;

- провести экспериментальные исследования разработанных систем с ПП и сравнить их результаты с результатами математического моделирования;

- сформулировать и обосновать рекомендации по расчету и проектированию новых устройств с 1111.

Основные положения, выносимые автором на защиту.

1. Теоретические основы и методология проектирования СМП с 1111.

2. Концепция построения мехатронных многокоординатных манипуляци-онных систем с древовидной структурой, позволяющих достигать высокой вариативности манипулирования при минимальном усложнении конструкций.

3. Комплекс новых схемных решений упругих СМП с биморфными 1111, отличающихся укороченными кинематическими цепями модулей микроперемещений по сравнению с другими средствами преобразования электрической энергии в механическую.

4. Систематизация схемных и кинематических решений СМП на базе би-морфных ПП по характеру движения выходных звеньев.

5. Методика расчета упругих многокоординатных систем с биморфными 1111, позволяющая определить перемещения выходных звеньев, деформации и механические напряжения элементов систем в квазистационарном и динамическом режимах при подаче электрического напряжения.

6. Комплекс расчетных моделей с программной реализацией модулей упругих систем с Б1111, имеющих разомкнутые и замкнутые кинематические цепи, и их оптимизация.

7. Методика анализа динамики модулей микроперемещений при внешней механической нагрузке с учетом внутренних потерь в пьезоэлектрических и механических средах.

Использование результатов работы дает возможность создать широкий спектр СМИ различного назначения. Применение методики расчета упругих систем с биморфными ПП позволяет быстро провести анализ физической картины СМП при действии электрического напряжения и внешних механических нагрузок в квазистатическом и динамическом режимах, оценить и выбрать варианты кинематических схем системы и его модулей с оптимальными параметрами элементов. Разработанные модули СМП позволяют применить их для медицинской техники в качестве микроманипуляторов, для точного приборостроения и электронной промышленности в качестве сборочных СМП, мобильных микросистем мониторинга, микроустройств пневмо-гидроавтоматики и оптоэлектроники, работающих в условиях вакуума, агрессивных сред и повышенной температуры.

Основные положения и результаты отражены в 30 печатных работах, докладывались и получили одобрение на научных конференциях: Международной научно-технической конференции «Измерительные и и информационные технологии и приборы в охране здоровья», - М., 1999; Российской научно-техническая конференции «Информационные и бизнес-технологии 21 века», - СПб., 1999; Международной научно-технической конференции «Пьезотех-ника-2000», - М., 2000; научно-практической конференции «Формирование технической политики инновационных наукоемких технологий», - СПб., 2001; 5-й и 7-й Всероссийских конференциях по проблемам науки и высшей школы «Фундаментальные исследования в технических вузах», - СПб., 2001 и 2003; 13-й и 14-й научно-технических конференциях «Экстремальная робототехника» - СПб., 2002 и 2003.

Новизна схемных и технических решений СМП, разработанных автором, подтверждена семью патентами РФ, одним патентом РСТ и европатентом.

Заключение диссертации по теме «Роботы, мехатроника и робототехнические системы», Смирнов, Аркадий Борисович

8.4. ВЫВОДЫ

Проведенный анализ динамических характеристик упругих систем с БПП позволяет сделать следующие выводы.

- Разработанные динамические модели упругих систем с БПП с сосредоточенными параметрами позволяют с достаточной для инженерных расчетов точностью определять амплитуды колебаний выходных звеньев и другие динамические характеристики систем в диапазоне частот до первого резонанса.

- Системы имеют ярко выраженный характер колебательных звеньев с малым демпфированием. Электрические параметры пьезоэлементов оказывают на поведение системы в целом малое влияние по сравнению с механическими элементами.

- Упругие системы, имеющие кинематику АУП и АУШ, определяются звеньями с передаточными функциями, имеющими общий характер.

Сравнение частотных характеристик, полученных аналитическим и экспериментальным путями, показывает, что на демпфирование основное влияние оказывает механическая добротность пьезокерамики. Поэтому для инженерных расчетов значение QB нужно брать на 20 - 25% ниже, чем для рассматриваемого типа пьезокерамики.

Добротность системы по внешнему механическому воздействию^ выше, чем добротность по управляющему сигналу^ . Характер JIAX и ФЧХ одинаков для случаев воздействия гармонической нагрузки и при одновременном действии управляющего сигнала и нагрузки с одинаковой частотой.

Для модулей с несколькими степенями свободы структурные схемы отличаются от систем с одной степенью свободы наличием сумматоров с положительными и отрицательными входами управляющих воздействий. Характер передаточных функций остается прежним.

9. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПЫТНЫХ ОБРАЗЦОВ МОДУЛЕЙ МИКРОПЕРЕМЕЩЕНИЙ, СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И ОСНОВЫ САПР МЕХАТРОННЫХ СИСТЕМ

9.1. ЦЕЛИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Цели экспериментальных исследований

1. Оценить достоверность моделей БПП в виде свободной и закрепленной пластины.

2. Доказать возможность применения метода эквивалентных моментов для расчета сложных упругих систем с БПП.

3. Оценить достоверность разработанных моделей упругих систем с БПП.

4. Определение эксплуатационных характеристик транспортирующих устройств в вибрационном режиме.

Аппаратура для исследований

Источник стабилизированного постоянного напряжения Б5-50. Генераторы гармонического напряжения ГЗ-ЗЗ, ГЗ-106. Измеритель перемещений индуктивного типа «Микрон-2». Милливольтметр B3-39. Микроскоп МИ-1. Частотомер 43-33.

Планшетный двухкоординатный самописец ПДП-4-002. Генератор качающейся частоты X1 -46. Телевизионный комплекс микроскопии (ТКМ). ТКМ состоит из стереоскопического микроскопа МБС-10, телевизионной черно-белой камеры с разрешением 750x500, устанавливаемой на окуляре микроскопа и телевизионного монитора с диагональю 23 см (рис. 9.1, исследуемый объект - микрошарнир). Максимальное увеличение комплекса - 400, он позволяет изучать объекты как в отраженном свете, так и в проходящих лучах.

Рис. 9.1. Телевизионный комплекс микроскопии

Исследования основаны на методах измерения медленно меняющихся величин, а также на частотных методах. Комплекс экспериментальных исследований показан на рис.9.2.

Рис. 9.2. Комплекс экспериментальных исследований

9.2. ИССЛЕДОВАНИЕ БИМОРФНЫХ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Для оценки возможности применения разработанных моделей БПП были проведены исследования БПП в виде широкой пластины (ее параметры приведены ниже). Экспериментально определялись перемещения точек на поверхности БПП при двух условиях закрепления

- фиксация одной точки на краю БПП (это закрепление соответствует модели свободной пластины);

- фиксация по ребру БПП (это закрепление соответствует модели пластины с заделкой по одной стороне).

На рис.9.3 показана схема измерения перемещений точек на поверхности пластины с фиксацией в одной точке при подаче медленно меняющегося напряжения. Образец состоял из двух пьезоэлектрических пластин 1, 2, приклеенных к металлической пластине 3, находящейся между ними. Источник постоянного напряжения 4 (Б5-50) подключался к металлической пластине (земля) и к внешним электродам пьезопластин. Напряжение изменялось со скоростью не более 1 В/с. Головка 5 измерительного прибора «Микрон-2» поджималась к месту измерения перемещений с силой 0,05 - 0,1 Н. Измерения в каждой точке на линиях В при каждом значении напряжения производилось 5 раз. Для обеспечения граничных условий свободной пластины она крепится к основанию при помощи двух шариков 6 диаметром 4 мм, которые поджимаются к металлической пластине винтами 7 через планку 8 (рис.9.3). Такое крепление пластины достаточно близко соответствует креплению в одной точке, т.к. толщина пластины 3 составляет 1 мм. Сила трения, возникающая между пластиной и шариками, достаточна для удержания БПП от поворота при указанной силе со стороны измерительной головки. Для надежной фиксации шариков они устанавливаются в отверстие в пластине диаметром 1 мм.

Рис.9.3. Схема измерений перемещений поверхности БПП с фиксацией в точке

Параметры исследуемого БПП: l = L = 4,0-10~2м, & = 3,0-10~2м, hp = 0,8-10~3м, hM= 1,0-10~3м, , =10,7-Ю"12 Па1, sf2 = 3,35-10'12 Па1, = 1,35-Ю40 Кл/Н (пьезокерамика ЦТБС-3), Еи =2,0-10п Па (сталь). Измерения перемещения производились при U = 300 В в точках с координатами у = 0 и у = 1,4 • 10~2 м.

На рис.9.4 показаны зависимости перемещений, полученных экспериментально £0 и аналитически ^0х, от расстояния х на линии у- 0 (по оси симметрии биморфа) и зависимости перемещений, полученных экспериментально £1 и аналитически от расстояния х на линии у = 1,4 • 10"2 м (на краю биморфа) в случае фиксации БПП в точке.

Анализ графиков показывает, что максимальные отклонения расчетных характеристик от экспериментальных проявились вблизи места закрепления: 67% для £0 и £0х, 62% для £1 и Е\х, минимальные - на конце биморфа: соответственно 6% и 4%. Можно сделать вывод, что в диапазоне 2 • 10~2 < х < 4 • 10~2 расчетная модель свободного БПП, подсчитанного по формуле (5.37) близка к экспериментальным значениям перемещения - погрешность составляет не более

25%. Уменьшение погрешности при удалении от точки закрепления БПП по оси л; можно объяснить тем, что сама область закрепления существенно влияет на характер распределения деформаций вблизи места закрепления. Математическая модель не учитывает этого влияния.

2-Vf5 Р О

-4-10*4

0 0.01 0.02 Ш 0 04 i

Рис.9.4. Зависимости расчетных £1х и экспериментальных значений перемещений БПП с фиксацией в точке от расстояния при у = 0 и у = 1,4 • 10"2 (все переменные в м) * Вертикальные отрезки на графиках экспериментальных кривых соответствуют разбросу данных относительно средних значений измеряемых величин.

Для случая закрепления БПП по ребру (рис.9.5) разброс измеряемых параметров намного выше, чем в предыдущем случае, он достигал 50% в зоне близкой к заделке и уменьшался до 12% на свободном конце БПП. Максимальные отклонения расчетных характеристик от экспериментальных проявились вблизи места закрепления: до 80% для £0 и , 100% для £1 и Е,\х, минимальные -на конце биморфа: соответственно 8% и 11% (рис.9.6).

За Ул.

V4

Si

4 . - J L. у ч/ * 8

Рис. 9.5. Схема измерений перемещений поверхности БПП с фиксацией по ребру

I ю Р

-1 10 г$ ш+т

9>& -2 ю'5

9 М -1 -3 101

4-Ш"

-5 10 г$

Г 1% i % % k- hl * V* % \\ 1. чх • % i > ош ош ош х

0J04 0J05

Рис. 9.6. Зависимости расчетных £0х, £1х и экспериментальных значений перемещений БПП с фиксацией по ребру от расстояния при 7 = 0 и у = 1,4 • 10-2 (все переменные в м)

Таким образом, можно сделать вывод, что модели, соответствующие формуле (5.44), дают хорошие результаты только в диапазоне 2 • 10~2 < х < 4 • 10~2, т.е. во второй половине пластины. Отметим, что значения перемещений модели оказались меньшими, чем экспериментальные значения во всем диапазоне х

9.3. ИССЛЕДОВНАИЯ МОДУЛЕЙ НА БАЗЕ АКТИВНЫХ УПРУГИХ ПАРАЛЛЕЛОГРАММОВ И АКТИВНЫХ УПРУГИХ ШАРНИРОВ

В качестве рессор с БПП были изготовлены и применены следующие образцы (рис.9.7). Образец 1 использовался для вибропитателя на базе АУП. Образец 2 использовался для вибробункера. Образец 3 был применен в качестве привода вибропитателя на базе упругого параллелограмма с БПП, а образец 4 -для АУШ. Для надежного и прочного соединения пьезоэлементов с рессорой использовались два варианта технологии. Это приклеивание пьезокерамиче-ских пластин при помощи эпоксидного компаунда к предварительно подвергнутой пескоструйной обработке поверхности металла. Экспериментально доказано, что имеется хороший электрический контакт между электродами и металлом рессоры. Пользоваться электропроводящим клеем не обязательно.

Рис. 9.7. Образцы рессор с БПП, использованные в экспериментальных устройствах

При втором варианте поверхность рессор подвергалась ультразвуковому лужению припоем, а затем в печи осуществлялось припаивание под грузом электродов пьезоэлементов рессоре. Этот вариант более трудоемкий. Имеет лишь одно преимущество - механическая добротность системы выше на 10-15%. Перемещения рессоры с БПП под действием электрического напряжения были почти одинаковы (отличие не более, чем на 5%).

Был исследован вибропитатель с БПП, расположенными на параллельных наклонных рессорах (рис.9.8). Напряжение подводилось к обоим БПП 1, закрепленным на рессорах 2. Измерение перемещения платформы 3 при подаче напряжения от источника 4 производилось контактным индуктивным измерителем 5 прибора «Микрон-02» (рис.9.9).

Образец имел следующие параметры. / = 3,0-102 м, L = 5,3-102 м, , /> = 1,5-10~2 м, /гм=1,0-10~3 м, hp = 0,80-Ю-3 м, « = 15°, Ем =2,0-Ю11 Па (сталь), ^ =10,7-10"12 Па"1, d3l = 1,35-10~10 Кл/Н (пьезокерамика ЦТБС-3), масса платформы т = 0,1. кг. Напряжение варьировалось в диапазоне -360 <£/<+360 В.

9.3.1. АУП С НАКЛОННЫМИ РЕССОРАМИ

Рис. 9.8. Схема вибропитателя с наклонными рессорами

Рис. 9.9. Экспериментальная установка для определения перемещений

Экспериментальные и расчетные данные, по которым построены зависимости перемещения платформы от напряжения на рис.9.! О, приведены в табл. №9.1. и

Рис. 9.10. Зависимости расчетных и экспериментальных £Рсх[1 значений горизонтального перемещения платформы (мкм) от напряжения (В)

-288В ней использованы следующие обозначения. - среднее перемещение платформы в эксперименте при U = -360 В, - перемещение платформы в ртах emin эксперименте при U = +360 В, %p,dl = ——--среднее значение амплитуды смещения, £р - расчетное значение смещения платформы при U = 360 В по формуле (6.4), относительная погрешность расчетов Д = к midl р

Р ЪР

Табл.9.1. midl

Перемещение платформы in,io-6M -29,3 cf™, 10"6 м 29,7

10"6 м 29,5

10"6 м 37,5

Д,% 27

Расхождение между экспериментальными и расчетными данными в 27% говорит о том, что этот метод допустим для инженерных расчетов.

9.3.2. УПРУГИЙ ПАРАЛЛЕЛОГРАММ С БПП, ПАРАЛЛЕЛЬНЫМИ ПЛАТФОРМЕ

Были исследованы два образца низкого вибропитателя (рис.9.11), которые отличались только толщиной рессоры 1 hM с БПП, которая крепилась в средней части малых наклонных рессор 2. Измерение перемещения платформы 3 при-подаче напряжения от источника 4 производилось контактным измерителем 5.

Образцы имели следующие параметры. / = 3,0 • 10~2 м, L = 11,2 • 10"2 м, <2 = 3,4-10"2 м, Z> = 1,0-Ю-2 м (ширина рессоры с БПП), bs = 1,6-10~2м (ширина наклонных рессор), hP =0,80-10~3 м, hs = 0.25-10-3 м, d = 9,0-10~3м, « = 15°, EM=ES= 2,0-Ю11 Па (сталь), ^=10,7-Ю"12 Па1, dn = 1.35-10'10 Кл/Н (пьезо-керамика ЦТБС-3). В образце №1 толщина рессоры hM с БПП имела значение hm = 1,0-10~3м, а в образце №2 hM2 =2,2-10"3м. Напряжение варьировалось в диапазоне -360 < U < +360 В.

Рис. 9.11. Схема измерения перемещений платформы «низкого» вибропитателя

Экспериментальные и расчетные зависимости платформы от напряжения для одного образца приведены на рис.9.12. Данные для двух образцов приведены в табл. №9.2. В ней использованы следующие обозначения. - среднее перемещение платформы при U = -360 В, - перемещение платформы при

U = +360 В, I cmax tram idl bpbj midl

- среднее значение амплитуды смещения, ^ расчетное значение смещения платформы при U = 360 В по формуле (6.20), относительная погрешность расчетов А pmidl р bp bF pmidl bp

Рис. 9.12. Зависимости расчетных и экспериментальных значений перемещения платформы (мкм) от напряжения (В) для образца №1

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленная на защиту диссертация является обобщением проведенных автором исследований и разработок, в результате которых впервые решена комплексная проблема создания и развития принципиально новых многокоординатных систем микроперемещений и их модулей на базе пьезоэлектрических преобразователей.

Главный итог работы - это разработка теоретических и методических основ нового научного направления в создании эффективных систем микроперемещений на базе пьезоэлектрических преобразователей.

1. Предложена концепция мехатронных манипуляционных систем микроперемещений с древовидной структурой, позволяющей достичь высокой вариативности манипулирования при минимальном усложнении конструкций микроманипуляторов.

2. Проведена систематизация схемных и кинематических решений СМП на базе биморфных ПП по виду траекторий характерных точек выходных звеньев, позволившая разработать новые модули микроперемещений и их расчетные модели.

3. Для типовых траекторий движения характерных точек выходных звеньев упругих систем микроперемещений предложены новые схемные решения модулей с одной, двумя и тремя степенями свободы на базе БПП. Показано, что БПП сокращает кинематические цепи модулей микроперемещений по сравнению с другими элементами, преобразующими электрическую энергию в механическую.

4. Разработаны и исследованы математические модели БПП и проведено сравнение с результатами экспериментов, на основе которых обоснован выбор расчетной модели в виде композитного стержня, состоящего из пьезоактивных и пассивных слоев. Определено распределение механических напряжений и деформаций по сечению БПП при подаче электрического напряжения.

5. Разработана методика расчета перемещений, деформаций и силовых характеристик упругих систем микроперемещений с БПП, позволяющая анализировать и проектировать новые эффективные многокоординатные устройства. Эта методика позволяет оценивать перемещения выходных звеньев систем, как в квазистационарном, так и в резонансном режимах.

6. Разработан и исследован комплекс математических моделей с программной реализацией модулей микроперемещений с одной и несколькими степенями свободы на базе БПП, имеющими разомкнутые и замкнутые кинематические цепи. Создан пакет компьютерных программ для расчета модулей с поступательным и вращательным вокруг неподвижной точки движением выходного звена. Определены рабочие зоны и траектории движения характерных точек выходных звеньев модулей с несколькими степенями свободы. Осуществлена оптимизация параметров модулей, позволяющая проектировать СМП с заданными характеристиками.

7. Разработана методика анализа динамики модулей микроперемещений с учетом внешней механической нагрузки и внутренних потерь в пьезоэлектрических и механических средах. Экспериментально доказана правильность разработанной методики.

8. Внедрена в учебный процесс СПбГПУ и СТАНКИН методика расчета перемещений, деформаций и силовых характеристик упругих систем микроперемещений с БПП,

9. Разработан и внедрен ряд миниатюрных вибропитателей микроизделий часовой и электронной техники, работающих на базе БПП. Разработан и внедрен прецизионный шаговый пьезопривод на базе составных пьезопреобразователей для изготовления дифракционных решеток. Разработаны трехкоординат-ный сферический пьезодвигатель и система управления для космического навигационного прибора.

Результаты этой работы позволяют повысить эффективность принципиально новых мехатронных устройств микроперемещений с пьезопреобразова-телями, а также эффективность их создания за счет сокращения материальных затрат и времени на проведение экспериментальных работ по доводке опытных образцов, благодаря теоретическому исследованию расчетных моделей и оптимизации их параметров. Предложенные новые технические решения устройств микроперемещений открывают путь для дальнейшего развития одного из самых перспективных направлений - высокотехнологических мехатронных систем.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Смирнов, Аркадий Борисович, 2004 год

1. Александров А.В., Потапов В.Д. Основы теории упругости и пластичности. М.: Высшая школа. 1990. - 400 с.

2. Андреева JI.E. Упругие элементы приборов. М.: Машиностроение. 1981. - 392 с.

3. Аронов Б.С. Электромеханические преобразователи из пьезоэлектрической керамики. Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние. 1990. - 272 с.

4. Архитектурная бионика/ Под ред. Ю.С. Лебедева. М.: Стройиздат. 1990. -269 с.

5. Афонин С.М. Параметрическая структурная схема пьезопреобразовате-ля //Изв. АН МТТ. 2002.№6. С. 101 107.

6. Балкаров О.М., Леонов A.M. Биморфный пьезокерамический элемент для сканирования лазерного луча // Труды МВТУ. 1974. № 199. С. 101-105.

7. Бансявичус Р.Ю., Рагульскис К.М. Вибродвигатели. Вильнюс: Мокслас. 1981.- 193 с.

8. Бараускас Р.А. и др. Расчет биморфных пьезокерамических элементов. //Вибротехника. 1983. Вып 46 №2 С 118-127.

9. Бочаров Л.Ю., Мальцев П.П. Состояние и перспективы развития МЭМС за рубежом //Микросистемная техника. 1999. №1.

10. Вибрации в технике: Справочник: В 6-ти т. Т. 6. 2-е изд./ Ред. совет К.В. Фролов М.: Машиностроение. 1995. - 456 с.

11. Гордиенко И.Е., Чутко В.М. Конечно-элементный расчет связанных электроупругих колебаний составного преобразователя. Киев: Наукова думка. 1986.-208 с.

12. Горнев Е.С. и др. Микрооптические устройства на основе отражающих элементов микрозеркал // Микросистемная техника. 2002. № 9. С. 29 -34.

13. Гринченко В.Т. и др. Исследование планарных колебаний прямоугольных пьезокерамических пластин.//Прикл. механика. 1976. №5. С. 71-78.

14. Гришко В.А. Прецизионные силовые следящие электроприводы с пьезоэлектрическими двигателями: Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд.техн.наук.:05.02.03. -М., 1994. -16 с.

15. Гутин Л.Я. К теории электроакустических пьезоаппаратов // Избранные труды. Л.: Судостроение, 1977. - 106 с.

16. Даринцев О.В. Алгоритмы адаптивного и интеллектуального управления мобильным микроманипуляционным роботом. Автореферат дисс. канд. тех. наук. Уфа: УГАТУ, 1999. 24 с.

17. Джагупов Р.Г., Ерофеев А.А. Пьезоэлектронные устройства вычислительной техники, систем контроля и управления: Справочник. СПб.: Политехника. 1994. - 608 с.

18. Джамал Рисан Ахмед. Алгоритмические и аппаратурные способы коррекции гистерезиса в пьезоэлектрических переключателях оптических каналов: Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд.техн.наук:05.13.05. -Одесса, 1991. 16 с.

19. Домаркас В.И., КажисР.И. Контрольно-измерительные пьезоэлектрические преобразователи. Вильнюс: Минтис, 1974, - 220 с.

20. Дьяченко В.А., Смирнов А.Б. Микроманипуляционные системы с би-морфными пьезоприводами // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2002. № 1.С. 73-79.

21. Дьяченко В.А., Смирнов А.Б. Пьезоэлектрические устройства мехатрони-ки // Мехатроника. 2002. № 2. С. 38 -46.

22. Дьяченко В.А., Смирнов А.Б. Расчет и проектирование микроманипуляторов с пьезоприводом // Мехатроника, автоматизация, управление. 2002. №5. С. 40-44.

23. Дьяченко В.А., Смирнов А.Б. Расчет и проектирование микроманипуляторов с пьезоприводами // Микросистемотехника. 2003. № 3. С. 34 38.

24. Дьяченко В.А., Смирнов А.Б. Расчет и проектирование микроманипуляторов с пьезоприводом // М-лы XIII научн.-технич. конф. «Экстремальная робототехника» СПб.: СПбГПУ, 2003. С. 85 92.

25. Ерофеев А.А., Бойцов С.В., Смирнов А.Б., Уланов В.Н. Использование пьезодвигателей в приводах грубых перемещений сканирующего туннельного микроскопа // М-лы Междунар. научн.-техн. конф. «Пьезотех-ника-92», СПб.: ЛДНТП, 1992. С. 55 57.

26. Ерофеев А.А., Поплевкин Т.А. Способы и системы компенсации пьезоэлектрического гистерезиса // Тр. ЛПИ. JI. 1988. - №423. - С. 38 - 43.

27. Ерофеев А.А., Смирнов А.Б., Уланов В.Н. Волновые пьезодвигатели. JL: ЛДНТП, 1989.-28 с.

28. Ерофеев А.А., Смирнов А.Б., Уланов В.Н. Исследование вибропитателей с пьезоприводом // Сб. научн. тр. СПбГТУ №457. СПб.: СПбГТУ, 1996. С. 47-51.

29. Ерофеев А.А., Смирнов А.Б., Уланов В.Н. Пьезоэлектрические биморфные преобразователи для вибропитателей // Вычислительная техника, автоматика и радиоэлектроника. Сб. научн. трудов. СПб.: СПбГТУ, 1993. С. 34 40.

30. Ерофеев А.А., Смирнов А.Б., Уланов В.Н. Динамика фрикционного взаимодействия в волновых пьезодвигателях // Прецизионные электроприводы и датчики малых перемещений. Под ред. А.А. Ерофеева. Сб. научн. трудов. Л.: ЛДНТП, Знание. 1990. С. 45-53.

31. Ерофеев А.А., Смирнов А.Б., Уланов В.Н. Пьезоэлектрический низкочастотный привод вибропитателей // Тезисы докл. Междунар. научн.-техн. конф. «Пьезотехника-94» Томск, изд. ИПУ «Томинформ», 1994. С. 65 -69.

32. Ерофеев С.А. Интерактивное проектирование и расчет пьезоэлектрических конструкций. Дисс. на соиск. уч.ст. к. ф-м. н. Спец. 01.04.01. «Физика приборов, техника физ. эксперимента, автоматизац. физ. исслед.»

33. Ерофеев С.А., Ерофеев А.А., Смирнов А.Б. Сферический пьезодвигатель многокоординатных систем точного позиционирования // М-лы Междунар. научн.-техн. конф. «Пьезотехника-2000». М.: Изд-во МИРЭА. 2000. С. 266-268.

34. Ерофеев С.А., Ерофеев А.А., Смирнов А.Б. Сферический пьезодвигатель многокоординатных систем точного позиционирования // М-лы Междунар. научн.-техн. конф. «Пьезотехника-2000». М.: Изд-во МИРЭА. 2000. С. 266-268.

35. Ерофеев А.А. Пьезоэлектронные устройства автоматики. JI.: Машиностроение, 1982. - 212 с.

36. Иванов А.А. Проектирование систем автоматического манипулирования миниатюрными изделиями. М.: Машиностроение, 1981.-271 с.

37. Иванченко Ю.С. Исследование прецизионных асинхронных многочастотных пьезоэлектрических автоколебательных систем: Автореферат диссертации на соискание ученой степени д-ра техн.наук (в форме на-уч.докл.). -М., 1992. 35 с.

38. Казарян А.А. Тонкопленочные пьезоэлектрические датчики давления // Измерительная техника. 2002. № 5. С. 40 -42.

39. Катыс П.Г., Катыс Г.П. Микродатчики, реализованные на основе МЭМС и МОЭМС // Микросистемная техника. 2001. № 11. С. 3 7.

40. Кеди У. Пьезоэлектричество и его практические применения. М.: Изд. иностр. лит., 1957. - 720 с.

41. Кобринский А.Е. Механизмы с упругими связями. Динамика и устойчивость. М.: Наука. 1964. - 390 с.

42. Коваленко В.А. Пьезоэлектрический двигатель вращения как элемент автоматических систем: Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук: 05.13.05. -М., 1998. -15 с.

43. Кожевников С.Н., Есипенко Я.И., Раскин Я.М. Механизмы. Справочник. Изд. 4-е, перераб. и доп. Под ред. С.Н. Кожевникова. М.: Машиностроение. 1976.-784 с.

44. Кочнева Л.Ф. Внутреннее трение в твердых телах при колебаниях. М.: Наука, 1979.-96 с.

45. Краснослободцев В .Я. Современные технологии поиска решений инженерных задач. Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГТУ. 1996. 200 с.

46. Краснослободцев В.Я., Смирнов А.Б., Лиходедов Н.П. Инновационный инжиниринг. Практикум: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГТУ. 1998. -122 с.

47. Лавриненко В.В., Карташев И.А., Вишневский B.C. Пьезоэлектрические двигатели. М.:Энергия, 1980. 110 с.

48. Кулиев Ю.Н., Максудов Ф.Г., и др. Основы колебаний однослойных и многослойных пьезокерамических преобразователей. Баку: ЭЛМ. 1982. -365 с.

49. Лаврукович В.И., Леонов A.M. Оптимизация биморфного пьезокерамиче-ского дефлектора лазерного излучения. //Известия Вузов. Приборостроение. 1977. №2.-С. 118- 122.

50. Ладик А.И. Изделия электронной техники. Пьезоэлектрические и электромеханические приборы: Справ/ Ладик А.И., Сташкевич А.И. М.: Радио и связь. 1993. - 104 с.

51. Лестев A.M., Попова И.В. Современное состояние теории и практических разработок микромеханических гироскопов // Гироскопия и навигация, 1998. № 3 (22). С. 81 94.

52. Лопота В.А., Юревич Е.И. Мехатроника основа интеллектуальной техники будущего// Микросистемная техника. 2003. №1. С.36.

53. Лурье А.И. Теория упругости. М.: Наука. 1970. - 900 с.

54. Мальцев П.П., Телец В.А., Никифоров А.Ю. Технологии и изделия микроэлектромеханики // Микросистемная техника. 2001. № 10. С. 18 24.

55. Никольский А.А. Двухканальные электроприводы с пьезокомпенсатора-ми (теория и применение в точных электромеханических системах). Автореферат дисс. докт. тех. наук. М.: МЭИ, 1995- 32 с.

56. OCT II 0444-87. Материалы пьезокерамические. Технические требования, правила приемки, методы испытаний.

57. Панич А.Е. Создание новых пьезокерамических устройств на основе высокоэффективных сегнетоэлектрических материалов и технологий. Автореферат дисс. докт. техн. наук. Ростов: РГУ, 1996. 32 с.

58. Партон В.З., Кудрявцев Б.А. Электромагнитоупругость пьезоэлектрических и электропроводных тел. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. -472 с.

59. Подураев Ю.В. Основы мехатроники: Учебное пособие. М.: МГТУ «СТАНКИН», 2000. - 80 с.

60. Попечителев Е.П. Инженерно-психологические аспекты синтеза отображения информации: Уч. пособие Л.: ЛЭТИ, 1991.

61. Поспелов В.И., Войнов В.В. Перспективы применения микроробототех-нических систем // Мехатроника, автоматизация, управление. 2002. №5. С. 35-40.

62. Прецизионные пьезомикроманипуляторы для миниатюрных устройств / А.А Ерофеев., Т.А. Поплевкин, М.А. Салтхуциашвилли С.В. Бойцов. Л.: ЛДНТП. 1992.-32 с.

63. Промышленные роботы для миниатюрных изделий/Р.Ю. Бансявичус, А.А. Иванов, Н.И. Камышный и др.; Под ред. В.Ф Шаньгна. М.: Машиностроение, 1985. 264 с.

64. Прочность, устойчивость, колебания. Справочник под ред. И.А. Биргера, Я.С. Пановко. Т. 3 -М.: Машиностроение. 1968. 567 с.

65. Пьезокерамические преобразователи: Справочник / В.В. Ганопольский, Б.А. Касаткин, Ф.Ф. Лягуша и др. / Под ред. С.И. Пугачева Д.: Судостроение. 1984. - 256 с.

66. Пьезоэлектрическое приборостроение / Под ред.А.В.Гориша Т. 1: Физика сегнетоэлектрической керамики. -1999. -367 с.

67. Расторгуев Д.Л. Эластичные пьезоэлектрические материалы для электромеханических и электроакустических преобразователей: Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд.физ.-мат.наук:01.04.06. -М., 1993.-17 с.

68. Рыбянец А.Н., Сахненко В.П. Современное состояние и перспективы развития пьезоэлектрической керамики за рубежом // Микросистемная техника. 2002. № 3.

69. Саврасов Г.В. Медицинская робототехника: Условия, проблемы и основные принципы проектирования / Биомедицинская инженерия и технология. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1998. С. 35 50.

70. Сагателян Г.Р. Технология изготовления пьезоэлектрических преобразователей для аппаратов ультразвуковой терапии, диагностики и хирургии: Учеб. пособие по курсу "Технология приборостроения". -М.: Изд-во МГТУ. 1993.-64 с.

71. Сайт Sandia National Laboratory, http://www.mems/sandia/gov/

72. Сайт АО ЭЛПА http://www.elpapiezo.ru.

73. Сайт журнала «Микросистемная техника», http://www.microsystems.ru.

74. Сайт Инструментального колледжа лондонского университета http://www.ucl.ac.uk/g23istruments/

75. Сайт компании Megacera Со. http://www.megacera.com.

76. Сайт компании Microvision Со. http://www.mvis.com.

77. Сайт компании Murata Manufacturing Co. http://www.murata.co.jp.

78. Сайт компании Narishige Co. http://www.digitimer.com/index.shtml

79. Сайт научного центра Competence Center. http://www.europrac-tice.rl.ac.uk/cc4/cc4web.htm

80. Сайт НКТБ Пьезоприбор http://piezo.rsu.ru/catalog/

81. Сайт ОКБ «Солто». http://www.solto.ru.

82. Сайт Технологического унивеситета г. Тампере (Финляндия) http://www.tut.fi/

83. Семенов А.С., Смирнов B.JL, Шмалько А.В. Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации. М.: Радио и связь. 1990. -224 с.

84. СкучикЕ. Простые и сложные колебательные системы. М.: Мир, 1970. -557 с.

85. Смирнов А.Б. Мехатроника и робототехника. Системы микроперемещений с пьезоэлектрическими приводами: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2003. - 160 с.

86. Смирнов А.Б. Активные упругие направляющие и шарниры с биморф-ными пьезопреобразователями // М-лы V Всероссийской конф. по проблемам науки и высшей школы «Фундаментальные исследования в технических университетах» СПб.: СПбГПУ, 2001. С. 185 186.

87. Смирнов А.Б. Методика расчета упругих систем с биморфными пьезопреобразователями // Изв. Вузов. Приборостроение. 2003. Т. 46, № 1. С. 48-54.

88. Смирнов А.Б. Пьезоэлектрические вибропитатели (учебное пособием-СПб.: СПбГТУ. 1995. 32 с.

89. Смирнов А.Б. Пьезоэлектрические устройства микрогидроавтоматики // Труды Междунар. Бизнес-Форума «Информационные и бизнес-технологии XXI века» СПб.: СПбГТУ, 2000. С. 53 56.

90. Смирнов А.Б. Сканирующие устройства с пьезоприводом // М-лы научн.-практич. конф. «Формирование технической политики инновационных наукоемких технологий» СПб.: СПбГТУ, 2001. С. 178 181.

91. Смирнов А.Б. Сравнительный анализ моделей биморфных пьезоэлектрических преобразователей // М-лы VII Всероссийской конф. по проблемам науки и высшей школы «Фундаментальные исследования в технических университетах» СПб.: СПбГПУ, 2003. С.210 211.

92. Смирнов А.Б. Ультразвуковые вибротранспортирующие устройства, работающие в режиме бегущей волны. Дисс. канд. техн. наук. Л.: ЛПИ, 1988.-243 с.

93. Смирнов А.Б., Попов А.Н. Мультиплекция перемещений биморфных пье-зоприводов // М-лы научн.-практич. конф. «Формирование технической политики инновационных наукоемких технологий» СПб.: СПбГТУ, 2001. С. 175- 178.

94. Смирнов А.Б., Уланов В.Н. Системы управления волновых пьезодвигате-лей // Вычислительная техника, автоматика и радиоэлектроника. Сб. на-учн. трудов. СПб.: ЛГТУ, 1991. С. 110- 114.

95. Соколов Л.В., Школьников В.М. Интегральный термокомпенсируемый тензопреобразователь давления с трехмерной микромеханической мембранной структурой и датчик повышенной точности на его основе // Микросистемная техника. 2001. № 12. С. 3 6.

96. Сорокин Е.С. Внутренние и внешние сопротивления при колебаниях твердых тел. М.: Госстройиздат, 1956.

97. Сорокин Е.С. Метод учета неупругого сопротивления материала при расчете конструкций на колебания //Исследования по динамике сооружений. М.: Госстройиздат, 1951.

98. Темнов В.Г. Конструктивные системы в природе и строительной технике. JI. Стройиздат. Ленингр. отд-ние. 1987. - 256 с.

99. Тимошенко С.П., Войновский-Кригер С. Пластинки и оболочки. М.: Наука, 1966.-636 с.

100. Управляемое движение мобильных роботов по произвольно ориентированным в пространстве поверхностям / В.Г. Градецкий, В.Б. Вешников, С.В.Калиниченко, Л.Н. Кравчук; Ин-т пробл. механики. М.: Наука. 2001.-359 с.

101. Федотов О.В. Исследования малогабартных электромеханических приводов линейных микроперемещений для автономных ортопедических аппаратов остеосинтеза. Автореферат дисс. канд. техн. наук. Владимир: ВГУ, 2001,- 24 с.

102. Физическая акустика / Под ред. У. Мезона.- Т.1; ч. А. М.: Мир, 1966. - 592 с.

103. Харькевич А.А. Избранные труды. 4.1. Теория электроакустических преобразователей. М.: Наука, 1973. - 400 с.

104. Цейтлин Я.М. Упругие кинематические устройства. Л.: Машиностроение. 1972. - 296 с.

105. Швинг К. Хирургия с минимальным проникновением // Медикел Фокус Интернешнл (Medical Focus International), спец. рус. вып. 1994. Том XII, № 1. С. 20-23.

106. Шульга Н.А., Болкисев A.M. Колебания пьезоэлектрических тел. Киев: Наукова думка. 1990. 228 с.

107. ЯровиковВ.И. Теоретические основы проектирования пьезоэлектрических датчиков механических величин: Учеб. пособие/ Яровиков В.И. -М.: Изд-во Моск. гос. ун-та леса. 2001. 134 с.

108. Яшин С.В., Бутурович И.Х., Смирнов А.Б. Ультразвуковой фазометр «Илекса» //Проспект ВДНХ СССР. М., 1983.

109. А. с. (СССР) №1461354. Позиционирующий пьезопривод. Ерофеев А.А., Смирнов А.Б., Уланов В.Н. 1989.

110. А. с. (СССР) №1696348. Волновой виброконвейер. Смирнов А.Б. 1991.

111. Патент РФ №2030343. Виброконвейер. Смирнов А.Б., Абрамов А.В., Бронников М.Б., Уланов В.Н., Яринич С.В. 1995.

112. Патент РФ №2069162. Виброконвейер для миниатюрных деталей. Смирнов А.Б. 1996.

113. Патент РФ №2089378. Пьезоэлектрическая бритва. Смирнов А.Б., Абрамов А.В., Яринич С.В. 1997.

114. Патент РФ №2166832. Многокоординатный пьезодвигатель. Ерофеев А.А., Смирнов А.Б., Ерофеев С.А. 2001.

115. Свидетельство РФ на полезную модель №487. Вибропитатель для миниатюрных деталей. Смирнов А.Б., Абрамов А.В., Бронников М.Б., Яринич С.В. 1995.

116. D.Bosch, B.Heimhofer, G.Muck, H.Seidel, U.Thumer and W.Welser. A silicon microvalve with combined electromagnetic/electrostatic actuation.// Sensors and Actuators, A37-38, 684-692 (1992).

117. D.J.Harrison, K.Seiler, A.Manz and Z.Fan. Chemical analysis and electrophoresis systems integrated on glass and silicon chips.// Tech. Dig. IEEE Solid-State Sensors and Actuators Workshop, 110-113 (1992).

118. E.M. Mockensturm, J. Frank. Modeling and simulation of resonant bi-morph actuator drive // Proceedings of the SPIE The International Society for Optical Engineering, vol.4327,2001. p.472 - 480.

119. J. Kelly Lee. Piezoelectric bimorph optical beam scanners: analysis and construction.//Applied optics. 1979. Vol. 18, № 4, pp. 454-459.

120. J.G.Smits. Piezoelectric micropump with three valves working peristalti-cally.// Sensors and Actuators, A21-23, 203-206 (1990).

121. Jianhua Tong, Tianhong Cui. Piezoelectric micromotor based on the structure of bending arms // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frecuency Control, vol.50, No9, Sept. 2003. p. 1100 1104.

122. Jung-Ho Park, S. Yokota, K. Yoshida. A piezoelectric micropump using resonance drive with high power density // JSME International Journal, Series С (Mechanical Systems, Machine Elements and Manufacturing), vol.45, No 2, June 2002. p. 502 509.

123. K.Yanagisawa, H.Kuwano and A.Tapo. An electromagneticall driven microvalve.//Tech. Dig. Transducers'93, 102-105 (1993).

124. M.A.Huff, J.R.Gilbert and M.A.Schmidt. Flow characteristics of a pressure-balanced microvalve.// Tech, Dig. of Transducers'93, 98-101 (1993).

125. M.Esashi. Integrated microflow control systems.// Sensors and Actua-% tors, A21-23, 161-167 (1990).

126. M.J.Zdeblick and J.B.Angell. A microminiature electric-to-fluidic valve.// Tech. Dig. Transducers'87, 827-829 (1987).

127. Nick Pornsin-Sirirak, M. Liger, Y.C. Tai, S. Ho and C.M. Ho. Flexible parylene-valved skin for adaptive flow control http://touch.caltech.edu/publications/2002/mems2002/Bat/batMEMS02.

128. P.W.Barth. Siliconmicrovalves for gas flow control.// Tech. Dig. Transducers'95, V.2, 276-279 (1995).

129. S.F.Bart, L.S.Tavrow, M.Mehregany and J.H.Larig. Microfabricated electrohydrodynamic pumps.// Sensors and Actuators, A21-23, 193-197 (1990).

130. S.S. Vel, R.C. Batra. Analysis of piezoelectric bimorph and plates with segmented actuators // Thin-Walded Structures, vol.39, No 1, Jan.2001, p.23 -24.

131. S.Shoji, M.Esashi and M.marsuo. Prototype miniature blood gas analyzer fabricated on a silicon wafer.// Sensors and Actuators, 14, 101-107 (1988).

132. T.Ohnstein, T.Fukiura, J.Ridley and U.Bomie. Micromachined silicon micro valve.// Proc. IEEE-MEMS Workshop, 95-98 (1990).

133. T. Nick Pornsin-sirirak, Y. C. Tai, H. Nassef, С. M. Ho. Titanium-alloy MEMS wing technology for a micro aerial vehicle application http://touch.caltech.edu/personnel/grad/nick/sa00.pdf.

134. Tong Jian-hua, Shao Pei-ge, Wang Li-ding. Research on the mechanism of a series bending arms piezoelectric micromotor // Optics and Precision Engineering, vol.10, No 5, Oct. 2002. p.471-475.

135. Weight Associative Rule Processor WARP 1.1 SGS-Thompson Microelectronics Group of Companies Milan (Italy). 1994. P. 1-16.

136. Pat. № EP1163983. (Europatent) Hydraulically-operated micromanipulator apparatus. Yoneyama Shinji. Publ. 2001.

137. Pat. № EP1166371. (Europatent) Vibration Actuator. Andersen В., Blanke M., Smirnov A.B., Yerofeev A.A., Yerofeev S.A. Publ. 2000.

138. Pat. № JP1134797 (Jap.). Micromanipulator with force sensor. Itoigawa Koichi, Iwata Hitoshi, Arai Fumito. Publ. 1999.

139. Pat. № JP62077548 (Jap.). Manufacture of piezo bimorph ele-ment.Katayama Hirohiko, Miyazaki Yasuko, Yamada Yasuhiro. Publ. 1988.

140. Pat. № JP6338640. (Jap.)Piezoelectric actuator and manipulator, optical scanning device, photosensor, flow rate controller, stage device, focal point ad-jusming mechanism and optical device using the actuator. Ikeda Masaaki. Publ. 1994.

141. Pat. № US4990815. (USA) Robot gripper control system using PYDF piezoelectric sensors binder Douglas K., Claus Richard O., Barsky Michael. Publ. 1991.

142. Pat. № US5069419 (USA). Semiconductor microactuators. J.H.Jerman. Publ. 1991.

143. Pat. № US5170277 (USA). Piezoelectric beam deflector. Bard Dimon, Met-litsky Boris, Swartz Jerome, Katz Joseph. Publ. 1991.

144. Pat. № US5354158. (USA) Six axis machine tool. Sheldon P.C., Kirkham E.E. Publ. 1994.

145. Pat. № US6049407. (USA) Piezoelectric scanner. Melville Charles. Publ. 2000.

146. Pat. № US6118637. (USA). Piezoelectric assembly for micropositioning a disc drive head. Wright John S., Berkowitz Jeffrey K., Zheng Lanshi. Publ. 2000.

147. Pat. № US6147436 (USA). Piezoactive motor based on independent stator modules. Claeyssen Frank, Lhermet Nicolas. Publ. 2000.

148. Pat. № US6402734. (USA) Apparatus and method for cannulating retinal blod vessels. Jeffrey N. Weiss. Publ. 2002.

149. Pat. № US6424077. (USA) Micromanipulator. Yoshiaki Hata, Hideaki Nakanishi. Publ. 2002.

150. Pat. PCT. № W09902995A1: Bimorph piezoelectric devise for acceleration sensor and method of its manufacture. Nishihara Kazunari, Kubota Kiyotomo. Publ. 1999.

151. Pat. PCT. № W00240703. System and method for identifying and isolating rare cells from a mixed population of cells. Yemini Ziva, Yemini Adi. Publ. 2001.

152. Pat. PCT. № W0039463. Piezoelectric micropump. Peters Richard, Bouton Chad, Zimlich William. Publ. 2000.

153. Pat. PCT № W00030186. Vibration Actuator. Andersen В., BlankeM., Smirnov A.B., Yerofeev A.A., Yerofeev S.A. Publ. 2000.