軟體驅(qū)動(dòng)器由于具有可實(shí)現(xiàn)大變形、柔性接觸、人體友好等特性,在機(jī)器人、生物醫(yī)學(xué)器件、驅(qū)動(dòng)器件等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值.然而,目前的軟體驅(qū)動(dòng)器大多基于彎曲、伸縮、扭轉(zhuǎn)等變形形式,無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng).本文從無肢動(dòng)物獲得靈感,提出一種基于壓電振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的新型可旋轉(zhuǎn)軟體驅(qū)動(dòng)器,通過圓形壓電雙晶片為硅膠軟體結(jié)構(gòu)提供激勵(lì)力,誘導(dǎo)軟體結(jié)構(gòu)底部傾斜觸角陣列與地面摩擦產(chǎn)生圓周方向的轉(zhuǎn)矩,驅(qū)動(dòng)該軟體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)快速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng).結(jié)合理論和有限元模擬分析旋轉(zhuǎn)軟體驅(qū)動(dòng)器在激勵(lì)作用下的受力及運(yùn)動(dòng)機(jī)理,并通過實(shí)驗(yàn)研究頻率和電壓對其旋轉(zhuǎn)性能的影響.結(jié)果顯示,在壓電雙晶片產(chǎn)生的激勵(lì)力作用下,該驅(qū)動(dòng)器可實(shí)現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),最高旋轉(zhuǎn)速度可達(dá)到118.3 r/min,高于目前報(bào)道的軟體驅(qū)動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)速度,有望應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)機(jī)械手和移動(dòng)機(jī)器人等. 

【文章來源】：科學(xué)通報(bào). 2020,65(32)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

(網(wǎng)絡(luò)版彩色)旋轉(zhuǎn)軟體驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)特性.(a)激勵(lì)力和接觸力隨時(shí)間的變化曲線;(b)速度和摩擦力矩隨時(shí)間的變化曲線;(c)一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)旋轉(zhuǎn)軟體驅(qū)動(dòng)器接觸應(yīng)力云圖和剛毛變形示意圖

為了探究電壓和頻率對驅(qū)動(dòng)器旋轉(zhuǎn)性能的影響,根據(jù)模擬結(jié)果,用剛毛參數(shù)為θ=60°、l=7 mm、d=1.6 mm的旋轉(zhuǎn)軟體驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行實(shí)驗(yàn),測量其在不同頻率和電壓下的轉(zhuǎn)速,如圖7所示.可以看到,當(dāng)施加頻率超過700 Hz后,該旋轉(zhuǎn)軟體驅(qū)動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)速度存在明顯的規(guī)律,即其呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢.造成這種現(xiàn)象的可能原因是,當(dāng)外加電壓接近驅(qū)動(dòng)器的共振頻率時(shí),旋轉(zhuǎn)軟體驅(qū)動(dòng)器有較大的轉(zhuǎn)速.當(dāng)電壓VP-P為400 V、頻率為1400 Hz時(shí),該驅(qū)動(dòng)器最大轉(zhuǎn)速可達(dá)到118.3 r/min,與激勵(lì)力角頻率103rad/s、幅值0.36 N下有限元模擬得到的驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)速113.5 r/min相近,驗(yàn)證了數(shù)值分析結(jié)果.相對于現(xiàn)有的扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器[1 5,1 6]、旋轉(zhuǎn)軟體驅(qū)動(dòng)器[1 7]以及剛性旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器[27,28],本文基于壓電振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軟體驅(qū)動(dòng)器具有較高轉(zhuǎn)速.圖7 (網(wǎng)絡(luò)版彩色)旋轉(zhuǎn)軟體驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)速隨頻率和電壓的變化曲線

圖5 (網(wǎng)絡(luò)版彩色)旋轉(zhuǎn)軟體驅(qū)動(dòng)器的接觸應(yīng)力云圖及角頻率和力幅值對轉(zhuǎn)速的影響.(a)旋轉(zhuǎn)軟體驅(qū)動(dòng)器的接觸應(yīng)力分布;(b) 0.1 N激勵(lì)力作用下轉(zhuǎn)速隨角頻率變化曲線;(c) 103rad/s激勵(lì)力作用下轉(zhuǎn)速隨載荷的變化曲線4 結(jié)論

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]流體驅(qū)動(dòng)的模塊化軟體機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 林楊喬.浙江大學(xué) 2019



本文編號(hào)：3242651