Zur Realisierung von Operationen auf Zellebene wie Zellfang, Schneiden, Trennen und Injizieren wurde in dieser Arbeit eine flexible parallele piezoelektrische Positionierplattform für die Biozelltechnik entworfen sowie modelliert, simuliert und getestet. Die Plattform besteht aus einer beweglichen Plattform, einem Sockel, einem dreistufigen Verstärkungsmechanismus und drei piezoelektrischen Aktuatoren. Die durch die piezoelektrischen Aktuatoren erzeugte Verschiebung wird durch den dreistufigen Verstärkungsmechanismus verstärkt, und durch Rückkopplungssteuerung wird eine präzise Bewegung der Plattform erreicht, um die Zielposition zu erreichen. Im Designprozess wurde die Pseudo-Festkörper-Methode in Kombination mit dem Steifigkeitsberechnungsmodell für flexible Gelenke verwendet, um die kinematisch-statische Analyse der Mechanik durchzuführen. Mithilfe der Lagrange-Gleichungen und der konzentrierten Massenmethode wurde das dynamische Modell der entwickelten flexiblen parallelen piezoelektrischen Positionierplattform erstellt. Nach der Bestimmung der Strukturparameter wurde eine Finite-Elemente-Analyse durchgeführt, um das abgeleitete theoretische Modell zu validieren. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass der Fehler zwischen dem theoretischen und dem simulierten Modell unter 10 % liegt und die Mechanik sowohl große Hubwege als auch höhere Frequenzen realisieren kann. Darüber hinaus wurde ein Prototypsystem der flexiblen parallelen piezoelektrischen Positionierplattform aufgebaut und experimentelle Tests durchgeführt, um die Open-Loop- und Closed-Loop-Leistung zu bewerten. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass die entwickelte Plattform einen Arbeitsweg von 125 μm × 126 μm besitzt, die Eigenfrequenzen in X- und Y-Richtung 128,9 Hz bzw. 132,8 Hz betragen und die Bewegungsauflösung jeweils besser als 400 nm ist.

Zellmikromanipulation; piezoelektrische Aktuatoren; flexible parallele Mechanismen; Mikropositionierungsplattform