面向機(jī)器人腕關(guān)節(jié)的桿式多自由度超聲電機(jī)關(guān)鍵問題研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，航天、醫(yī)療已成為機(jī)器人應(yīng)用的重要技術(shù)領(lǐng)域，其非常規(guī)和極端環(huán)境的特點(diǎn)對(duì)機(jī)器人提出了更高的要求，諸如輕、小、低噪聲、無電磁干擾等。腕關(guān)節(jié)作為機(jī)器人的基礎(chǔ)部件之一，探索其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)形式對(duì)機(jī)器人的微型化、輕量化以及進(jìn)一步拓展機(jī)器人的應(yīng)用水平有著重要的意義。桿式多自由度超聲電機(jī)作為超聲電機(jī)的一種，其全新的原理、簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)形式以及三自由度驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)，使其在構(gòu)建結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊小巧的機(jī)器人腕關(guān)節(jié)方面有著無可比擬的優(yōu)勢(shì)。本

2、文通過有限元分析仿真與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的手段，對(duì)基于桿式多自由度超聲電機(jī)構(gòu)建機(jī)器人腕關(guān)節(jié)的關(guān)鍵問題展開了研究，本文研究?jī)?nèi)容如下：
　　1）根據(jù)桿式多自由度超聲電機(jī)工作機(jī)理，利用ANSYS有限元分析軟件，基于傳統(tǒng)的連續(xù)體有限元建模方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)定子的動(dòng)態(tài)特性設(shè)計(jì)，并基于相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)加工制作了原理樣機(jī)。通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，基于連續(xù)體的有限元建模分析方法在桿式超聲電機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)中存在著嚴(yán)重的不足。
　　2）針對(duì)桿式超聲電機(jī)設(shè)

3、計(jì)中采用連續(xù)體有限元模型而導(dǎo)致計(jì)算精度不足的問題，提出了在螺栓預(yù)緊力條件下的桿式多自由度超聲電機(jī)振子的建模方法；并分析了螺栓預(yù)緊力和聯(lián)接面摩擦系數(shù)對(duì)定子模態(tài)頻率的影響。
　　3）基于桿式多自由度超聲電機(jī)構(gòu)建機(jī)器人腕關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，研究了確保電機(jī)球形轉(zhuǎn)子在關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)中三自由度運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)以及定轉(zhuǎn)子之間的預(yù)壓力加載等關(guān)鍵技術(shù)；確定了轉(zhuǎn)向環(huán)轉(zhuǎn)軸與球形轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸垂直交叉布置的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了關(guān)節(jié)三自由度的運(yùn)動(dòng)及電機(jī)定、轉(zhuǎn)子之間的預(yù)壓力加載、可調(diào)；