【摘要】：執(zhí)行器是承載機(jī)械系統(tǒng)功能性動(dòng)作的核心元器件。工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中,各類高效穩(wěn)定的機(jī)械系統(tǒng)是生產(chǎn)力不斷增長(zhǎng)的必要工具和重要保證。不管是大型工業(yè)設(shè)備、貨運(yùn)物流載體,還是小型家用設(shè)施、精密測(cè)量器械,都離不開能夠勝任相關(guān)動(dòng)作的機(jī)械系統(tǒng)。生產(chǎn)的多樣化,決定了對(duì)執(zhí)行器需求的多樣化。而一個(gè)性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定耐用的執(zhí)行器,更是對(duì)機(jī)械系統(tǒng)生產(chǎn)力的極大保證。然而,隨著工程實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的日趨復(fù)雜多變,對(duì)執(zhí)行器的綜合性能要求也越來越高,在速度、精度、承載力等方面希望取得更多可以兼得的綜合水平。如何在一定承載力前提下,既能滿足高精度要求,又能夠快速執(zhí)行,是生產(chǎn)需求對(duì)當(dāng)前直線執(zhí)行器研究提出的又一個(gè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)�？紤]到以上事實(shí),本文提出了一款氣-電混合驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器,有機(jī)結(jié)合了電機(jī)和氣缸各自的優(yōu)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)在不損失氣缸和電機(jī)的優(yōu)良性能、不大幅度增加成本、不顯著提高系統(tǒng)復(fù)雜性的前提下平衡速度和精度性能,設(shè)計(jì)了一款在速度和精度上都有一定優(yōu)異性能表現(xiàn)的混合驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器。該執(zhí)行器的核心在于設(shè)計(jì)了一個(gè)運(yùn)動(dòng)耦合機(jī)構(gòu),能夠?qū)傂谐踢M(jìn)行合理分配,依靠于氣缸高速度完成大行程,電機(jī)高精度完成小行程,來獲得高速度高精度的綜合性能。首先,提出了氣-電混合驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器的基本原理和方案設(shè)計(jì)。根據(jù)執(zhí)行器的速度精度目標(biāo),有機(jī)結(jié)合氣缸和電機(jī)的基本特性,詳細(xì)介紹了完整的氣-電混合驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器的設(shè)計(jì)方案,并分析了如何能夠保證執(zhí)行器的速度和精度。其次,進(jìn)行了詳細(xì)的氣-電混合驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)該執(zhí)行器的電機(jī)部分、氣缸部分、耦合部分以及密封部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的機(jī)械設(shè)計(jì)以及對(duì)電機(jī)和密封件進(jìn)行了選型。再次,針對(duì)所要研究的執(zhí)行器特性,對(duì)氣-電混合驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器的系統(tǒng)進(jìn)行建模與仿真�；贏MESim和MATLAB兩款強(qiáng)大的建模分析軟件,對(duì)氣-電混合驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器進(jìn)行聯(lián)合建模與仿真,對(duì)該執(zhí)行器的工作性能進(jìn)行分析,對(duì)比氣缸和電機(jī)的模型,從理論上分析氣-電混合驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器的精度與速度能否達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期。最后,加工制造了氣-電混合驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器的樣機(jī),搭建了氣-電混合驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器的性能實(shí)驗(yàn)平臺(tái),圍繞myRIO控制器組件了控制系統(tǒng),基于LabVIEW編寫了控制與數(shù)據(jù)采集程序,進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)與分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文提出的氣-電混合驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器能夠達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo),相比于氣缸,大大提升了定位精度;相比于電機(jī),大大提升了執(zhí)行速度。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TH703
【圖文】：

第二章 氣-電混合驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器的原理與方案設(shè)計(jì)-電混合驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器，主要包括三個(gè)部分：電機(jī)軸-活塞聯(lián)結(jié)部分。其基本的工作原理為：首先先工作，活塞完成了一個(gè)固定行程后，通過耦合機(jī)驅(qū)動(dòng)活塞走完剩余的行程。反向回程時(shí)，電缸塞縮回原位置。維整體效果如圖 2-1 所示。其中，1 是步進(jìn)電機(jī)缸的兩個(gè)端蓋，3、7 是氣缸的兩個(gè)腔室的氣口的拉桿，8 是活塞桿。電機(jī)的螺桿穿過端蓋 6 在機(jī)械結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)，時(shí)而固定在一起，時(shí)而分開各

2-左端蓋，3-氣口，4-缸筒，6-右端蓋，7-氣口，8-活塞桿，9-導(dǎo)柱螺母，10-活塞圖 2-2 剖視圖Figure 2-2 Section View.3.2 運(yùn)動(dòng)耦合方案設(shè)計(jì)氣-電混合驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器的核心在于電機(jī)與氣缸之間的運(yùn)動(dòng)耦合，根據(jù)上文提到計(jì)要求，該耦合結(jié)構(gòu)必須滿足的要求為：（1）氣缸活塞運(yùn)行行程的絕大部分過程中，速度要快，不能被電機(jī)限制住，運(yùn)動(dòng)階段活塞和電機(jī)的軸是分離的；（2）氣缸行程到位以后，即將開始電機(jī)的行程，此時(shí)活塞要與電機(jī)絲杠的螺須產(chǎn)生一個(gè)剛性緊密連接，才可以保證在運(yùn)動(dòng)過程中精度不丟失；（3）活塞和電機(jī)絲杠的螺母之間從分離狀態(tài)到剛性連接的狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)化是的、瞬時(shí)的、到位即動(dòng)的一個(gè)連接，優(yōu)先選擇系統(tǒng)已經(jīng)包含的動(dòng)力源觸發(fā)動(dòng)作，

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8 王浩;王支榮;金虎;楊杰;董二寶;;多足機(jī)器人混合驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的特定軌跡分析與實(shí)驗(yàn)研究[J];機(jī)電一體化;2014年07期

9 楊青;王U

本文編號(hào)：2717297