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多自由度超声电机的研究现状与展望

多自由度超声电机是将两种以上的超声振动模式按照一定的方式组合,通过在定子的表面产生椭圆运动来实现  (本文共5页) 阅读全文>>

权威出处: 《物理》2009年01期
南京航空航天大学
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基于图像的二自由度云台系统关键技术研究

传统的电磁电机驱动的云台已经渐渐无法满足航空航天、安防监控、机器人等领域的应用需求,开发高定位精度、高动态性能、小型化的智能云台系统是突破瓶颈所亟待解决的问题。本文采用单个多自由度超声电机作为驱动,将图像技术引入云台闭环反馈,对轻小型云台的关键技术进行了深入研究。本文针对传统多自由度云台需要多个电机驱动以致大而笨重的弊端,以当今蓬勃发展且具有诸多优点的超声电机技术作为突破口,利用单个多自由度的超声电机令云台实现绕两轴的直接驱动。本文提出的单定子塔形超声电机利用局部弯曲振动作为工作模态,利用摩擦力驱动负载转动。在对振子进行有限元分析和测振实验测定样机基本特性后,本文对云台系统整体建立机电耦合模型并进行了稳态输出特性的仿真。针对超声电机驱动云台系统中存在的参数时变、死区等非线性因素,选用模糊PID控制算法来提高控制效果。针对传统云台开环控制的缺陷,本文利用图像技术来实现云台系统闭环反馈。一方面,仅需要利用相机标定和基于SURF特征点...  (本文共80页) 本文目录 | 阅读全文>>

陕西师范大学
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纵弯复合模式多自由度超声电机的研究

压电超声电机是近年迅速发展起来的一种新型电机。它是以超声振动为动力源的一种驱动装置,通常由超声振动的振子(定子)与转子组成。定子产生超声振动,依靠转子与定子间的摩擦耦合来驱动转子产生旋转和直线运动。这种电机的新颖之处在于突破了传统电磁电机的概念,没有磁极绕组和磁路,不是依靠电磁相互作用来传递能量,而是利用压电材料的逆压电效应所产生的超声振动,通过采用合理的结构,将材料的微观形变通过共振放大和摩擦耦合转换成转子或滑块的宏观运动。在这种全新结构的电机中,作为定子的压电振子(压电陶瓷和弹性体)代替了传统电磁电机中成千上万圈的铜丝。与传统的电磁电机相比,超声电机除了具有结构简单,重量轻的优点,还具有惯性小,响应快,控制特性好,不受磁场影响,运动准确,成本低等特点。特别是它具有重量轻,结构简单,效率高,噪音小,低速大转矩以及直接驱动负载等特性。由于电机具有几转一几百转/分的转速,所以不需要附加齿轮变速,避免了引用齿轮变速箱而产生的振动、冲...  (本文共66页) 本文目录 | 阅读全文>>

南京航空航天大学
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多自由度超声电机设计与应用研究

多自由度超声电机是一种新型的特种电机,具有结构简单、集成度高、小型轻量、断电自锁、不受电磁干扰、多维驱动输出等优点,利用逆压电效应、机械振动、摩擦耦合来转换能量。本文所要研究的是一种具有工程应用价值的多自由度超声电机,由机械结构与电路驱动一体化集成,实现复杂的运动输出。概括起来,主要研究内容包括以下几个方面:设计了一种锥型结构的多自由度超声电机。电机定子采用单足驱动方式,利用四分区的叠层式压电陶瓷作为激励元件,在两路相位差90°的正弦信号激励下,驱动足分别产生沿X-Z平面、Y-Z平面的椭圆运动轨迹,进而驱动电机动子作直线运动。利用有限元软件ANSYS对电机建立参数化模型,并导入到多学科优化软件Optimus中,采用遗传算法作全局优化求解。优化结果表明电机各项性能得到显著提高,同时也验证了模型的正确性及算法的可靠性。针对多自由度超声电机定子结构及实现两个自由度运动输出的要求,设计了两套定子与动子配合的解决方案,分别为定子固定、动子...  (本文共83页) 本文目录 | 阅读全文>>

南京航空航天大学
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基于弯振的多自由度超声电机的研究

多自由度超声电机是单自由度电机基础上发展起来的一种新型电机,在医疗设备、精密设备、监控设备、机器人等领域都有着广泛的应用前景。然而当前对多自由度超声电机还缺少深入、系统的研究,针对存在的问题,本文提出一种基于矩形结构弯振的四振子多自由度超声电机,并主要进行了以下研究工作:分类总结多自由度超声电机的研究现状,分析各类电机的特点,确定本课题的研究内容。从多自由度超声电机的驱动足运动轨迹入手,提出一种基于矩形结构弯振的多自由度电机,电机定子为“十”字结构,由四个矩形振子组成而成。每个振子通过弯振陶瓷片激发弯曲振动,利用两垂直方向的复合激励驱动电机转子任意方向转动。建立电机定子模型,对定子进行模态分析,找到电机所需的三种模态;对定子进行谐响应分析,比较振子弯振、纵振时的驱动足振幅,分析结果表明利用矩形结构的弯振振幅更大;通过定子结构的优化设计,将模态频率差缩小到50Hz以内,确定电机的结构参数。分析理想夹持应满足的条件,对柔性夹持带来了...  (本文共71页) 本文目录 | 阅读全文>>

南京航空航天大学
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二自由度球形压电电机的研究

随着科技的发展,精密机械与高端设备对驱动装置提出了微小型化和高精度的要求。基于压电技术发展起来的多自由度压电电机具有高机械集成度、便捷驱动方式、高位移分辨率、不受电磁干扰以及多样化的运动输出等优势,在精密光学仪器、医疗设备、微型机器人等驱动装置中有着广泛的应用前景。然而,现有多自由度压电电机定子的复杂程度成为其微小型化的主要障碍。本课题利用环梁结构夹持球形转子的结构形式,在梁端设置压电单元,无需对压电单元进行分区,达到精简机构的目的,为球形电机的微小型化奠定了基础。主要研究内容包括:1、针对多数环状定子型多自由度球形压电电机因环形压电陶瓷需极化分区导致的难以小型化等问题,提出了一种双梁式多自由度球形压电电机。该电机采用单振子激发多模态,通过两个结构相同的振子激励出两个频率相近的工作模态,在共同作用下驱动球转子做多自由度运动。2、针对加工和装配误差导致上述电机存在模态混叠的问题,设计了一种四梁式多自由度球形压电电机。该电机利用单振...  (本文共76页) 本文目录 | 阅读全文>>