دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 14 2 2014 04 21 Study of Cross-coupling Effect in Piezo-flexural Nanopositioning Stages بررسی اثر کوپلینگ متقابل در پایه های موقعیت دهی نانو دارای مفصل خمشی با عملگر پیزوالکتریک 1 8 7903 FA عباس شفیعی دانشجوی کارشناسی مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان پیمان مصدق هیئت علمی سعید بشاش محقق پسا دکترای مهندسی مکانیک، دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا نادر جلیلی پروفسور مهندسی مکانیک و صنایع، دانشگاه نورث ایسترن Journal Article Parallel piezo-flexural nanopositioning stages are extensively used in advanced nano-scale imaging and manipulation applications such as scanning probe microscopy systems. One of the major deficiencies of these devices is the coupled motion between their different axes. That is, the motion of stage in one direction interferes with motions in the other directions, leading to undesirable disturbances. In this paper, analytical, dynamic, experimental, and finite element analyses are carried out to investigate the major root cause of the cross-coupling effect. Using ABAQUS FEA software, a 3D model of the stage has been developed. Model consists of a central elastic body connected to the fixed frame through four flexural hinges. A cylindrical stack of multiple piezoelectric layers is placed between the moving central body and the fixed frame. Simulations are carried out for two different friction coefficients in the contact surfaces of the piezoelectric layers, and for different frame materials. It is observed that the main cause of the cross-coupling effect is the rotation of piezoelectric stack due to its friction with the stage moving in the tangential direction, concurrent with a change in the geometry of the stage. پایه‌های موقعیت‌دهی نانو با سینماتیک موازی و دارای محرک پیزوالکتریک، به طور گسترده در ابزار‌های دقیق اندازه‌گیری، همچون میکروسکوپ پراب پویشی مورد استفاده قرار ‌می گیرند. یکی از عمده‌ترین نقص‌های این وسایل، حرکت کوپل شده بین محور‌های مختلف آنهاست، به این معنا که حرکت محور در یک جهت، در تداخل با حرکت محورهای دیگر قرار می گیرد و منجر به آشفتگی‌های نامطلوب می‌شود. در این پژوهش بررسی دینامیکی این سیستم به صورت تحلیلی، تجربی و آنالیز المان محدود به منظور بررسی علل عمده اثرات متقابل کوپلینگ مکانیکی، انجام شده است. تحلیل ها برای یک مدل سه بعدی انجام شده که شامل یک قسمت الاستیک متحرک در مرکز می باشد و توسط چهار مفصل به یک چارچوب ثابت متصل است. عملگرهای پیزوالکتریک مدل شده، به صورت استوانه‌ ای بین قسمت متحرک مرکزی و چارچوب ثابت جاسازی شده اند. شبیه سازی توسط نرم افزار آباکوس، برای دو ضریب اصطکاک مختلف و همچنین حالتهایی که تغییر در ماده چارچوب، ماده عملگر و هندسه پایه ایجاد شود، انجام گرفته است. در این شبیه سازی مشاهده شد که اصلی ترین دلیل در نسبت کوپلینگ چرخش پیزوالکتریک ها به علت اصطکاک بین پیزوالکتریک ها و تغییر در هندسه چارچوب است. https://mme.modares.ac.ir/article_7903_84cb17743002b4cfb81b0153cee648fc.pdf