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摩擦力变化式压电惯性驱动机构的研究

曾平  
【摘要】:本文首次提出通过机械方式控制压电驱动机构和支撑面之间摩擦力的有序变化,形成有规律运动的摩擦力变化式压电惯性驱动装置的研究方案。控制摩擦力变化的方式有两种:其一是通过改变运动时压电驱动机构与接触面之间的正压力,控制摩擦力的变化;其二是通过改变压电驱动机构与支撑面之间的摩擦系数,控制摩擦力的变化。形成运动的机理符合摩擦学的基本定律,且和目前利用锯齿波电信号控制的压电惯性驱动机构具有本质的区别。研究工作内容涉及压电学、机械学、电学、振动分析、摩擦学、力学、材料学等多方面知识,属于多学科知识综合运用的研究项目。 建立压电元件的有限元模型,分析振动模态并测试动态响应。对接触表面进行了摩擦学分析,利用Simulink仿真分析了简单机械系统摩擦状态的动态响应特性。对摩擦力变化式压电惯性驱动机构,建立了动力学模型并利用Matlab进行了仿真分析,系统研究了驱动机构的静、动态特性,对“驱动足”与支撑表面的相互作用进行了分析,为试验研究奠定了理论基础。 基于正压力变化式压电惯性驱动机理,设计、研制了3种不同结构形式的直线驱动机构及2种旋转驱动机构;基于摩擦系数变化式压电惯性驱动机理,设计、研制了1种直线惯性驱动机构。对各种机构进行了大量的试验研究,试验结果证明理论分析是正确的。 采用LabVIEW虚拟仪器作为开发平台,构建了压电惯性驱动机构的闭环控制系统。试验表明,该闭环控制系统提高了定位精度。 本课题的研究工作,为压电驱动机构的研究提供新的思路、开辟新的途径,为微小型移动机械、机器人的移动机构等方面的研究工作提供新的借鉴。


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