● 摘要
柔性机构具有无摩擦、无间隙、高精度等特点，在精密工程领域具有诸多典型的应用。而传统柔性机构行程过小已不能满足某些特殊应用需求，大行程的柔性机构开始备受关注。目前，随着大行程XY柔性工作台的需求与日俱增，其实现方法也成为机构学领域亟待解决的课题之一。
本文以光电子封装为应用背景，主要研究大行程高精度XY柔性工作台的设计问题。基于模块化的设计理念，利用大行程柔性单元，综合出多种不同构型的XY移动工作台，均具有交叉轴解耦、冗余约束及镜像/旋转对称结构特性。进一步利用寄生运动补偿设计方法，综合出一种可有效抑制了面内旋转误差的柔性工作台。
针对4-PP型、8-PP型、4-PP&1-E型和4-PP补偿型柔性工作台，依次建立了它们的柔度矩阵理论模型及有限元仿真模型，并通过有限元仿真结果验证了柔度矩阵理论模型的正确性，二者偏差很小。基于仿真结果与理论分析结果，完成了XY柔性工作台的改进型设计。有限元分析结果显示，改进型设计的交叉轴解耦、位移跟随紧密性、抑制寄生误差等特性均显著优于其原型。
对原型与改进型柔性工作台进行设计加工，并进行了刚度、寄生运动等特性的对比试验。实验结果验证了改进方案的有效性，以及理论模型和有限元模型的正确性。
最终，完成音圈电机、驱动器与光栅编码器等硬件选型，搭建了大行程XY柔性工作台系统，通过音圈电机直接驱动实现两轴向独立运动。实验结果显示，所搭建的工作台具有较大的行程和较高的精度，可满足光电子封装行业应用需求。