隨著機器人技術、生命科學工程和精密光學工程等領域的迅速發(fā)展,精密操控技術已經(jīng)成為制約上述領域進一步發(fā)展的關鍵因素。機器人關節(jié)作為直接影響精密操控系統(tǒng)整體品質(zhì)的核心部件,對于精密操控系統(tǒng)起著決定性作用。因此,如何實現(xiàn)機器人關節(jié)的微小型化、多自由度運動、高分辨力和大運動范圍輸出已成為工業(yè)界和學術界研究的熱點。驅(qū)動器作為機器人關節(jié)的核心組成部分,對機器人關節(jié)的輸出特性至關重要。相比于傳統(tǒng)的電磁驅(qū)動器和新興的柔性驅(qū)動器,壓電驅(qū)動器具有高分辨力、結(jié)構簡單、斷電自鎖、抗電磁輻射和響應迅速等突出優(yōu)勢。因此,基于壓電驅(qū)動器開展微小型多自由度精密關節(jié)設計及其實驗研究工作具有十分重要的意義。本文首先分析了壓電關節(jié)基于慣性驅(qū)動的“粘-滑”工作原理,提出了一種貼片式壓電驅(qū)動器的基本構型,確定了壓電驅(qū)動器實現(xiàn)二維旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的激勵方式。通過建立靜力學模型獲得了壓電驅(qū)動器各結(jié)構參數(shù)、激勵電壓與輸出位移之間的關系,并分析了壓電驅(qū)動器主要結(jié)構參數(shù)對輸出位移的影響規(guī)律�；贏NSYS的靜力學仿真分析,確定了壓電驅(qū)動器的結(jié)構尺寸和材料參數(shù),同時驗證了所建理論模型的正確性。制作了壓電驅(qū)動器樣機并開展了輸出位移響應測試,進一步對... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

Fleming等人研制的兩自由度壓電驅(qū)動納米定位平臺2018年，浙江大學學者Zhu[21]等人研制了一種用于XY納米定位的兩自

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文-5-表1-1國內(nèi)外直線-直線式壓電驅(qū)動器的對比對比的指標Lee[19]等研制的壓電驅(qū)動器Fleming[20]等研制的壓電驅(qū)動器Zhu[21]等研制的壓電驅(qū)動器Liu[22]等研制的壓電驅(qū)動器工作原理共振驅(qū)動式直接驅(qū)動式直接驅(qū)動式尺蠖驅(qū)動式運動自由度2L2L2L2L運動范圍±150mm和±50mm8.6μm和8.6μm31.5μm和31.5μm20.08μm和24.28μm工作電壓/700Vp-p150Vp-p400Vp-p工作頻率31kHz597Hz570Hz和585Hz5Hz最大負載能力/2.1N/>20N最大運動速度50mm/s//1.01mm/s1.2.2旋轉(zhuǎn)-旋轉(zhuǎn)式壓電驅(qū)動器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2015年，南京航空航天大學學者YAN[23]等人設計了一種新型多自由度超聲電機，如圖1-5所示。電機由四個矩形振動器組成，球形動子由兩個正交方向的彎曲振動復合驅(qū)動。實驗結(jié)果表明，動子可以向任意方向轉(zhuǎn)動，且動子在400V電壓下的速度可達到0.122r/s。圖1-5YAN等人研制的多自由度超聲電機

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文-6-2016年，日本學者Shuta[24]等人研制了一種由球形定子和不同形狀動子組成的多自由度超聲電機，如圖1-6所示。研究中利用壓電片和壓電驅(qū)動器激勵不同的振動模態(tài)的方法實現(xiàn)多自由度驅(qū)動，研究提出了圓柱支承方法，并通過有限元分析和實驗驗證了該方法的有效性。部分部分球形定子壓電陶瓷片圖1-6Shuta等人研制的多自由度球形定子2017年，哈爾濱工業(yè)大學學者Shi[25]等人提出了一種新型多自由度球形壓電超聲電機，如圖1-7所示。研究設計了一種環(huán)形結(jié)構的復合定子，其中四個驅(qū)動足均勻地布置在定子的內(nèi)圓周中，定子采用一種徑向彎曲模態(tài)和兩種正交軸向彎曲模態(tài)，通過同時激勵環(huán)形定子進而在驅(qū)動足頂端產(chǎn)生橢圓軌跡，分別驅(qū)動球形動子繞著X、Y和Z軸旋轉(zhuǎn)。實驗結(jié)果顯示，電機的最大輸出轉(zhuǎn)速為55r/min，最大輸出轉(zhuǎn)矩為0.118N·m。圖1-7Shi等人研制的新型多自由度壓電超聲電機2018年，日本學者Ai[26]等人研制了一種采用新型強激勵環(huán)形振子的高轉(zhuǎn)矩夾心式多自由度球形超聲電機，如圖1-8所示。該電機僅用一個定子就可以實現(xiàn)多自由度轉(zhuǎn)動，具有高的保持力矩和低速時高轉(zhuǎn)矩的特性，因此省去減速裝置使得電機結(jié)構簡單緊湊。實驗測量了繞X、Y和Z軸的最大旋轉(zhuǎn)


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