軟體驅(qū)動器由于具有可實現(xiàn)大變形、柔性接觸、人體友好等特性,在機器人、生物醫(yī)學器件、驅(qū)動器件等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值.然而,目前的軟體驅(qū)動器大多基于彎曲、伸縮、扭轉(zhuǎn)等變形形式,無法實現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動.本文從無肢動物獲得靈感,提出一種基于壓電振動驅(qū)動的新型可旋轉(zhuǎn)軟體驅(qū)動器,通過圓形壓電雙晶片為硅膠軟體結(jié)構(gòu)提供激勵力,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)動該軟體結(jié)構(gòu)實現(xiàn)快速旋轉(zhuǎn)運動.結(jié)合理論和有限元模擬分析旋轉(zhuǎn)軟體驅(qū)動器在激勵作用下的受力及運動機理,并通過實驗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)生的激勵力作用下,該驅(qū)動器可實現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動,最高旋轉(zhuǎn)速度可達到118.3 r/min,高于目前報道的軟體驅(qū)動器的旋轉(zhuǎn)速度,有望應(yīng)用于驅(qū)動機械手和移動機器人等. 

【文章來源】：科學通報. 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)動器的運動特性.(a)激勵力和接觸力隨時間的變化曲線;(b)速度和摩擦力矩隨時間的變化曲線;(c)一個振動周期內(nèi)旋轉(zhuǎn)軟體驅(qū)動器接觸應(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)動器進行實驗,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,當施加頻率超過700 Hz后,該旋轉(zhuǎn)軟體驅(qū)動器的旋轉(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,當外加電壓接近驅(qū)動器的共振頻率時,旋轉(zhuǎn)軟體驅(qū)動器有較大的轉(zhuǎn)速.當電壓VP-P為400 V、頻率為1400 Hz時,該驅(qū)動器最大轉(zhuǎn)速可達到118.3 r/min,與激勵力角頻率103rad/s、幅值0.36 N下有限元模擬得到的驅(qū)動器轉(zhuǎn)速113.5 r/min相近,驗證了數(shù)值分析結(jié)果.相對于現(xiàn)有的扭轉(zhuǎn)驅(qū)動器[1 5,1 6]、旋轉(zhuǎn)軟體驅(qū)動器[1 7]以及剛性旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器[27,28],本文基于壓電振動驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)軟體驅(qū)動器具有較高轉(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)動器的接觸應(yīng)力分布;(b) 0.1 N激勵力作用下轉(zhuǎn)速隨角頻率變化曲線;(c) 103rad/s激勵力作用下轉(zhuǎn)速隨載荷的變化曲線4 結(jié)論

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號：3242651