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《哈尔滨工业大学》 2007年
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纵弯复合振动模态球型超声电机的研究

赵学涛  
【摘要】: 超声电机是近三十年发展起来的一种新型驱动器,其工作原理是利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动,将材料的微观变形通过共振放大和摩擦运动转化成转子的宏观运动。目前实际应用的超声电机大多只有直线或旋转一个自由度运动,但在全方位仿生运动的球形关节、机器人柔性关节和眼球以及月球登陆车等领域,都提出具有多自由度运动驱动器的需求,由于超声电机具有结构灵活,运动形式多样的特点,使其比较适合球形转子多自由度驱动的实现。目前国内外对多自由度球型超声电机的研究和应用尚属探索性阶段,现有的多自由度球型电机实现多自由度驱动大多借助几个单方向的独立驱动合成形式,振子之间的驱动作用存在相互阻碍和干扰,导致机械输出特性不够理想。因而对本课题的探索研究,一方面可以为多自由度球型超声电机的研究提供新的思路,奠定理论基础,另一方面也可以拓宽其应用领域,具有很强的现实意义。 本文首先从夹心换能器驱动过程的工作原理出发,研究主动纵振和被动弯振耦合关系对换能器驱动性能的影响,以此为依据,采用有限元参数化建模的分析方法,选择对换能器纵、弯振动影响较为敏感的尺寸参数进行总体优化设计。通过有限元方法对优化结果进行分析,验证了优化方法的正确性与可行性。 研制了一种基于四换能器协调驱动的球型超声电机,该电机具有结构简单、输出转矩大等优点。球型电机采用了四个相互正交排列的夹心换能器进行协调驱动,通过试验测试出电机的输出特性,最高转速可达到12r/min,最大输出转距为0.45 N·m。 设计出十字正交边幅杆构型,为研制单振子多自由度驱动换能器奠定基础。对单振子纵弯换能器的结构参数进行了综合分析,得到各参数对换能器特征频率的影响趋势,为实现纵弯模态简并做准备。利用有效机电耦合系数确定压电陶瓷位置,并给出激励换能器驱动足质点产生三种正交椭圆轨迹的激励方法。采用有限元瞬态运动分析方法,对换能器驱动足质点椭圆轨迹进行了研究,建立了驱动质点运动轨迹的关键图谱。 研制了一种基于单振子纵弯换能器驱动的多自由度球型超声电机,该电机具有绝对输出转矩大、驱动简单和控制性能好等优点。电机输出性能指标为:绕X、Y轴旋转时,输出转距为0.97 N·m,最高转速可达11r/min,绕Z轴旋转时,输出转距为0.27 N·m,最高转速可达66r/min。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TM359.9

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 赵学涛;陈维山;郝铭;;纵弯复合多自由度超声电机的研究[J];西安交通大学学报;2009年08期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 郭抗;平板形二自由度压电马达的理论与试验研究[D];吉林大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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2 马玉婷;压电管式复合驱动器及其应用研究[D];中国科学技术大学;2011年
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7 郭抗;平板形二自由度压电马达的理论与试验研究[D];吉林大学;2011年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李雪梅;屈曲型微驱动器的设计与分析[D];西安电子科技大学;2011年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前6条
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【二级引证文献】
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中国硕士学位论文全文数据库 前2条
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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2 记者 毛庆 通讯员 蔡嘉 刘军;南航教授开发高科技“超声电机”[N];南京日报;2009年
3 于媚;以自主创新铸民族腾飞之魂[N];大众科技报;2005年
4 本报通讯员 于媚;平生一愿:以自主创新铸民族腾飞之魂[N];科技日报;2005年
5 本报记者 李冀 马金 实习记者 姜辰蓉;创新创业路上的苦与乐[N];南京日报;2010年
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7 王新;从放牛娃到中国科学院院士[N];中国航空报;2006年
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9 于媚 顾德宁;南航赵淳生教授发明“米粒马达”[N];大众科技报;2005年
10 记者 毛庆 通讯员 蔡嘉 刘军;南京首家“企业院士工作站”挂牌[N];南京日报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前7条
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3 杨淋;纵扭复合型超声电机的研究[D];南京航空航天大学;2010年
4 李存岑;矩形板超声电机的振子振型激励技术研究[D];上海交通大学;2010年
5 王金鹏;超声电机驱动的大行程、高精度二维运动平台关键技术的研究[D];南京航空航天大学;2013年
6 刘仁鑫;矩形复合层板面内弯曲模态直线超声电机研究[D];华南农业大学;2005年
7 郭语;超声电机驱动的多指灵巧手及主从控制系统的研究[D];南京航空航天大学;2013年
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1 陈流;基于虚拟仪器的超声电机动态数据采集系统[D];南京航空航天大学;2008年
2 郑喆俊;宽带超声电机驱动电源研究[D];上海交通大学;2008年
3 王景山;超声电机微步控制及其应用[D];南京航空航天大学;2012年
4 高健;旋转行波超声电机的非线性动力学建模与机理分析[D];天津大学;2007年
5 周培;行波超声电机温度特性的探索研究[D];南京航空航天大学;2008年
6 马春苗;维持超声电机工作状态恒定的驱动控制器的研究[D];南京航空航天大学;2008年
7 周丽平;超声电机驱动五指灵巧手的研制[D];南京航空航天大学;2008年
8 程廷海;多行波金属管式超声电机研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
9 陈思;纵弯复合型多自由度超声电机的研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
10 付泽林;二自由度自行式直线超声电机的研究[D];电子科技大学;2010年
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