發(fā)布時(shí)間：2021-01-29 03:23

　　隨著機(jī)器人技術(shù)、生命科學(xué)工程和精密光學(xué)工程等領(lǐng)域的迅速發(fā)展,精密操控技術(shù)已經(jīng)成為制約上述領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵因素。機(jī)器人關(guān)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(duì)于精密操控系統(tǒng)起著決定性作用。因此,如何實(shí)現(xiàn)機(jī)器人關(guān)節(jié)的微小型化、多自由度運(yùn)動(dòng)、高分辨力和大運(yùn)動(dòng)范圍輸出已成為工業(yè)界和學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)。驅(qū)動(dòng)器作為機(jī)器人關(guān)節(jié)的核心組成部分,對(duì)機(jī)器人關(guān)節(jié)的輸出特性至關(guān)重要。相比于傳統(tǒng)的電磁驅(qū)動(dòng)器和新興的柔性驅(qū)動(dòng)器,壓電驅(qū)動(dòng)器具有高分辨力、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、斷電自鎖、抗電磁輻射和響應(yīng)迅速等突出優(yōu)勢(shì)。因此,基于壓電驅(qū)動(dòng)器開(kāi)展微小型多自由度精密關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)及其實(shí)驗(yàn)研究工作具有十分重要的意義。本文首先分析了壓電關(guān)節(jié)基于慣性驅(qū)動(dòng)的“粘-滑”工作原理,提出了一種貼片式壓電驅(qū)動(dòng)器的基本構(gòu)型,確定了壓電驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)二維旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的激勵(lì)方式。通過(guò)建立靜力學(xué)模型獲得了壓電驅(qū)動(dòng)器各結(jié)構(gòu)參數(shù)、激勵(lì)電壓與輸出位移之間的關(guān)系,并分析了壓電驅(qū)動(dòng)器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)輸出位移的影響規(guī)律。基于ANSYS的靜力學(xué)仿真分析,確定了壓電驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)尺寸和材料參數(shù),同時(shí)驗(yàn)證了所建理論模型的正確性。制作了壓電驅(qū)動(dòng)器樣機(jī)并開(kāi)展了輸出位移響應(yīng)測(cè)試,進(jìn)一步對(duì)... 

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

【文章頁(yè)數(shù)】：75 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

Fleming等人研制的兩自由度壓電驅(qū)動(dòng)納米定位平臺(tái)2018年，浙江大學(xué)學(xué)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(xué)工程碩士學(xué)位論文-5-表1-1國(guó)內(nèi)外直線-直線式壓電驅(qū)動(dòng)器的對(duì)比對(duì)比的指標(biāo)Lee[19]等研制的壓電驅(qū)動(dòng)器Fleming[20]等研制的壓電驅(qū)動(dòng)器Zhu[21]等研制的壓電驅(qū)動(dòng)器Liu[22]等研制的壓電驅(qū)動(dòng)器工作原理共振驅(qū)動(dòng)式直接驅(qū)動(dòng)式直接驅(qū)動(dòng)式尺蠖驅(qū)動(dòng)式運(yùn)動(dòng)自由度2L2L2L2L運(yùn)動(dòng)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(fù)載能力/2.1N/>20N最大運(yùn)動(dòng)速度50mm/s//1.01mm/s1.2.2旋轉(zhuǎn)-旋轉(zhuǎn)式壓電驅(qū)動(dòng)器的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2015年，南京航空航天大學(xué)學(xué)者YAN[23]等人設(shè)計(jì)了一種新型多自由度超聲電機(jī)，如圖1-5所示。電機(jī)由四個(gè)矩形振動(dòng)器組成，球形動(dòng)子由兩個(gè)正交方向的彎曲振動(dòng)復(fù)合驅(qū)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，動(dòng)子可以向任意方向轉(zhuǎn)動(dòng)，且動(dòng)子在400V電壓下的速度可達(dá)到0.122r/s。圖1-5YAN等人研制的多自由度超聲電機(jī)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-6-2016年，日本學(xué)者Shuta[24]等人研制了一種由球形定子和不同形狀動(dòng)子組成的多自由度超聲電機(jī)，如圖1-6所示。研究中利用壓電片和壓電驅(qū)動(dòng)器激勵(lì)不同的振動(dòng)模態(tài)的方法實(shí)現(xiàn)多自由度驅(qū)動(dòng)，研究提出了圓柱支承方法，并通過(guò)有限元分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(xué)學(xué)者Shi[25]等人提出了一種新型多自由度球形壓電超聲電機(jī)，如圖1-7所示。研究設(shè)計(jì)了一種環(huán)形結(jié)構(gòu)的復(fù)合定子，其中四個(gè)驅(qū)動(dòng)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(guò)同時(shí)激勵(lì)環(huán)形定子進(jìn)而在驅(qū)動(dòng)足頂端產(chǎn)生橢圓軌跡，分別驅(qū)動(dòng)球形動(dòng)子繞著X、Y和Z軸旋轉(zhuǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，電機(jī)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(jī)2018年，日本學(xué)者Ai[26]等人研制了一種采用新型強(qiáng)激勵(lì)環(huán)形振子的高轉(zhuǎn)矩夾心式多自由度球形超聲電機(jī)，如圖1-8所示。該電機(jī)僅用一個(gè)定子就可以實(shí)現(xiàn)多自由度轉(zhuǎn)動(dòng)，具有高的保持力矩和低速時(shí)高轉(zhuǎn)矩的特性，因此省去減速裝置使得電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。實(shí)驗(yàn)測(cè)量了繞X、Y和Z軸的最大旋轉(zhuǎn)


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