嵌入式超声电机微步距控制检测系统设计

设计了一种行波超声电机的嵌入式微步距控制检测系统,该系统分为三大部分:嵌入式上位机、电机控制器和检测系统。以ARM9微控制器作为主控芯片,将Linux系统和Qtopia图形界面移植到ARM微控制器上,作为整个控制系统的上位机和人机交互的工具;电机控制器使用PSo C芯片,上位机与电机控制器之间用UART进行通信;以基恩士激光位移传感器为核心搭建了微步距检测系统,对整个系统进行了测试。实验结果表明,此系统能实现超声电机精确的微步距控制和检测。     

基于面内模态的双腿式微型旋转超声电机

针对现有旋转超声电机不易与其他装置连接,以及因弹簧预紧造成轴向尺寸过长等问题,笔者提出了一种基于面内模态的双腿式微型旋转超声电机。电机由定子和锥形转子组成,定子采用一圆环加双腿式结构,在定子双腿外侧贴有纵振和弯振压电陶瓷片,双腿内侧有4个连接耳。电机定转子之间采用硅胶环和E型卡环进行预压力施加和端部紧固。电机利用圆环内侧周向行进的面内行波驱动转子旋转。利用ANSYS有限元软件对定子进行仿真分析,研究结构对模态的影响,以确定夹持和压电陶瓷片的粘贴位置;并对定子模态频率进行灵敏度分析,指导定子结构尺寸(设计变量)的修改,以提高优化效率。制作多组样机并开展实验研究,机械输出特性的实验结果表明:该电机体积小,最大宽度仅为12 mm;结构紧凑,总质量为6.9 g,易于与其他驱动装置连接;最大空载转速为338 r/min,最大输出扭矩为1.44 mN·m。     

直线超声波电动机精密定位系统位置精确控制

针对直线超声波电动机驱动的精密定位平台,建立了一个完整的闭环控制系统,集人机交互、数据采集显示和位置精确控制于一体。在单纯PID连续控制无法达到理想控制目标的情况下,结合超声波电动机的控制特点,借助其在极短脉冲激励下运行高分辨率的优势,融合了微步控制的思想,最终使系统达到了较好的控制品质。实验表明,系统在不同行程下的重复定位精度在0.5μm以内,且运行平稳、快速。     

应用超声电机的多关节机器人的设计与分析

主要设计了一个由超声电机驱动多关节机器人手臂。这种电机单位质量的转矩高,在低速下有大转矩输出,且不产生电磁干扰。利用ADAM S软件平台模拟机构的运动学和动力学,整体性能预测,结构模型优化,利用仿真结果重新设计手臂结构,为物理样机设计制造提供依据。     

胶囊机器人主动运动机构的研究进展

重点阐述了肠道胶囊机器人机构中的活检机构、行进与锚定机构及给药机构等方面国内外科研人员的研究思路及方法,并将相关作动机构分为电磁电机-机械传动机构、磁致动器-机械传动机构和智能材料致动器三类,对每一类致动器的优缺点进行了总结。随着肠道胶囊机器人微型化、多功能化、智能化的总体发展趋势,其尺寸越来越小,同时在多功能化和智能化上取得了长足发展,实现了胶囊机器人的自动姿态调整,使其可以实现主动爬行、活检和定点施药的功能等。对于这些功能的实现,不同的致动器提供了不同的可能,如何规避这些致动器的缺点并将其优点发挥出来成为肠道胶囊机器人机构设计和优化的关键。     

超声电机驱动关节机器人位置反馈控制研究

利用超声电机低速大转矩特性,实现了三关节机器人的直接驱动;通过改变超声电机的工作频率实现对其运行速度的控制。结合超声电机的运行特点,运用和比较了多种PID位置反馈控制方式,实践证明,在确保超声电机和机器人工作平稳的前提下,采用梯形积分的PID位置反馈控制效果最好。     

行波型球形超声电机定子的优化设计

提出了一种具有同步调心结构的球形超声电机,建立了电机驱动力矩的数学模型,重点对行波型定子进行结构优化设计。利用ANSYS对定子进行模态分析和谐响应分析;通过灵敏度分析确定结构参数优化变量,以最大干扰模态与工作模态频率差和最大定子表面振幅为优化目标,建立设计空间的响应面模型,采用多目标遗传算法(MOGA)进行优化求解得到Pareto前沿,最终确定结构参数并对定子试制件进行定扫频实验。测试结果表明,优化后的定子工作模态频率±2 kHz内无干扰模态产生,且定子两相驻波表面质点具有较大振幅,满足使用要求。     

单超声电机驱动两足行走机器人的设计分析研究

鉴于超声电机低速大扭矩的优点,采用了单超声电机来驱动两足行走机器人,选用PRO/E对机构进行了结构设计,运用ADAMS对模型进行了仿真和运动学、动力学分析,对机器人的关键尺寸进行了优化设计。研究证明:该机构合理可行,为今后物理样机的制造提供了重要依据。     

超声电机用开槽碟簧的计算与设计方法

针对小型号超声电机定转子预压力加载需要,提出了基于圆锥壳体理论的开槽碟簧设计计算理论,并进行了试验验证。首先,从圆锥壳体理论出发,建立了开槽碟簧在简支条件下受轴向载荷的力学模型,并基于现代数值计算理论,得到了求解该力学模型的计算方法;其次,将计算结果与有限元结果以及传统公式结果进行对比分析,并设计试验进行了验证;最后,基于开槽碟簧准零刚度特性的参数敏感性分析试验结果,提出了开槽碟簧结构设计的方法。研究结果表明,基于圆锥壳体理论的开槽碟簧计算方法比有限元方法和传统公式具有更高的准确性,相对误差在±3.5%以内,开槽碟簧的最优高厚比范围在1.5～1.8之间。该结论可为小型号超声电机用开槽碟簧的设计提供参考。     

具有柔性加工路径的作业车间智能优化调度

用遗传算法研究了具有柔性加工路径的作业车间的智能优化调度问题 ,提出了一种将遗传算法和分派规则相结合的调度算法 ,将加工计划与生产调度同时考虑 ,避免了加工计划和生产调度相脱节的弊端。最后给出了此调度算法的仿真结果 ,证明该算法是可行的 ,并获得优异的结果