三足彎振復(fù)合型旋轉(zhuǎn)壓電驅(qū)動(dòng)器的研究.pdf

1、在設(shè)計(jì)仿人機(jī)器人的電機(jī)伺服系統(tǒng)時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的電源供電方式、功率密度、可靠性、動(dòng)態(tài)性能等都有很高的要求。目前常用的伺服系統(tǒng)多數(shù)以電磁電機(jī)作為關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，對(duì)于大轉(zhuǎn)矩、小質(zhì)量和低轉(zhuǎn)速等性能要求之間的矛盾性，電磁電機(jī)很難達(dá)到理想的要求。壓電驅(qū)動(dòng)器作為一種在致動(dòng)原理和結(jié)構(gòu)上有突破性進(jìn)展的新型驅(qū)動(dòng)元件，為機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的選擇上提供了更好的方案。減輕機(jī)器人質(zhì)量、簡化結(jié)構(gòu)、提高響應(yīng)速度等優(yōu)點(diǎn)使壓電驅(qū)動(dòng)器受到廣大學(xué)者的青睞。經(jīng)過三十多年的研究，壓電驅(qū)動(dòng)技

2、術(shù)得到了長足的發(fā)展?；趬弘娫鎵弘娦?yīng)，壓電驅(qū)動(dòng)器將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能以激發(fā)出所預(yù)期的振動(dòng)模態(tài)及相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軌跡，進(jìn)而通過摩擦耦合實(shí)現(xiàn)動(dòng)子的致動(dòng)。如今，壓電驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)根據(jù)其結(jié)構(gòu)和機(jī)理上的區(qū)別分為多種類別。足式壓電驅(qū)動(dòng)器由于出力大、速度快的特點(diǎn)成為機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)很好的選擇，并展現(xiàn)出了直接驅(qū)動(dòng)方面的優(yōu)勢(shì)。
　　本文首先對(duì)壓電驅(qū)動(dòng)器的單個(gè)彎振壓電振子進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在建立有限元模型后，進(jìn)行了模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析，經(jīng)仿真得到了結(jié)構(gòu)尺寸參

3、數(shù)與驅(qū)動(dòng)器的共振頻率和機(jī)電耦合效率之間的關(guān)系，并通過得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的尺寸優(yōu)化。然后，通過瞬態(tài)分析以獲得振子驅(qū)動(dòng)足的運(yùn)動(dòng)軌跡，驗(yàn)證了壓電驅(qū)動(dòng)器工作原理的可行性。根據(jù)以上分析結(jié)果，設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)器整體結(jié)構(gòu)并研制了樣機(jī)實(shí)驗(yàn)過程中，首先測(cè)試各彎振壓電振子的阻抗特性，得到各振子相應(yīng)的阻抗特性曲線和等效電路的電學(xué)參數(shù)，由阻抗特性曲線獲得彎振壓電振子的諧振頻率，計(jì)算電學(xué)參數(shù)對(duì)壓電驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行了阻抗匹配設(shè)計(jì)。然后用激光測(cè)振儀對(duì)壓電振子進(jìn)行了振動(dòng)特性測(cè)試，