【摘要】：隨著時代的發(fā)展,對機器人性能的要求越來越高。如何設計小型化,可精確控制的機械手是日前仿人機器人設計的課題中研究的熱點問題,為了達到這一設計目標,仿人型機械手指的驅動控制源設計就成了關鍵。到目前為止,驅動源主要有形狀記憶合金、氣壓和電機等,絕大多數(shù)采用了電機驅動。根據(jù)已有發(fā)現(xiàn),這幾種方式都存在或多或少的缺陷,其中,傳統(tǒng)電機驅動位置控制精度不高,無法直接驅動,傳動機構復雜。為了改善這些問題,可將電機直接安裝在各個關節(jié)上,這就需要設計小型化、直接驅動的電機,而超聲波電機恰能滿足這些要求。超聲波電機具有大扭矩、體積小、響應速度快、不受電磁干擾,可實現(xiàn)自鎖功能等特性。本文是基于“機械手指驅動用超聲電機及其控制器研發(fā)”這一校企合作項目進行電機設計的。為滿足可放在手指關節(jié)處進行直接驅動的要求,在比較研究了管式超聲波電機、單相不對稱超聲波電機、單轉子柱體超聲波電機等的基礎上,選用短柱型雙轉子超聲波電機。研究了短柱型雙轉子超聲波電機的工作原理,用ANSYS有限元軟件等對電機定子、轉子進行了優(yōu)化設計,制作組裝了實驗樣機,并搭建了簡易測試平臺對樣機進行了性能測試。短柱型雙轉子彎曲振動超聲波電機定子設計。包括定子上下匹配塊及壓電陶瓷的設計。定子部分的設計利用有限元仿真軟件ANSYS進行模態(tài)分析,找到互差90度的一組一階彎曲振動模態(tài),取這一模態(tài)對應頻率,該頻率與臨近兩個模態(tài)頻率差值絕對值中的較小值以及最大振幅作為設計標準,選出最佳尺寸。該電機轉子及輔助部件設計。輔助部件主要包括電機支架的設計,軸套和軸的設計,以及電機夾具的設計。對轉子和支架的設計主要通過試驗得最佳結構;對軸套和軸的設計,要求適應電機其它已設計出部分的尺寸。制作最佳尺寸的樣機并根據(jù)電機的工作原理,對電機進行裝配。此過程中,為了讓上下定子匹配塊盡可能且施力均勻地將陶瓷片壓緊,設計出相應結構的電機夾具。樣機制作與性能測試。制作了直徑23mm,長度23mm的短柱型雙轉子超聲波發(fā)電機樣機,搭建了測試平臺。測試樣機得到電機的最大轉速為127r/min,最大堵轉轉矩為0.02Nm。測試結果表明:本文設計的短柱型雙轉子彎曲振動超聲波電機直徑、長度,運動范圍完全滿足設計指標,最大堵轉轉矩略小于設計指標,基本上實現(xiàn)了小型化直接用于機械手指驅動的設計要求。
【圖文】：

邐圖邋１－９邋ＤＬＲ－ＩＩ邋Ｈａｎｄ逡逑２００１年，，德國卡爾斯魯厄大學計算機系過程控制與機器人研究所（ＩＰＲ）研制成功了逡逑Ｋａｒｌｓｒｕｈｅ邋ＩＩ機械手［７］，如圖１－８所示。該手有４個手指和１個手掌，每個手指有３個逡逑獨立的關節(jié)，４個手指采用對稱的，呈９０°均布在手掌上。其手指裝有六維力矩傳感器，逡逑

超聲波電機無疑是一個很好的嘗試方向。逡逑＝曾焌逡逑圖１－１７邋ＴＲＵＭ－３０型超聲電機邐圖１－１８超聲電機驅動的五指機械手逡逑１．３柱體超聲波電機的研究現(xiàn)狀逡逑目前柱體行波型超聲波電機的研宄成果多種多樣，下面分國外研宄現(xiàn)狀和國內(nèi)研宄現(xiàn)逡逑狀做出有選擇性的介紹。逡逑１．３．１國外研究現(xiàn)狀逡逑１９８０年，日本的指田年生（Ｓａｓｈｉｄａ）在Ｖａｓｉｌｉｅｖ的研宄基礎上，提出了一種駐波型逡逑（Ｓｔａｎｄｉｎｇ邋Ｗａｖｅ－ｔｙｐｅ）超聲波電機［２１（如圖１－１９）。該電機使用了蘭杰文（或朗之萬）（Ｌａｎｇｅｖｉｎ）逡逑振子，工作頻率２７．８ｋＨｚ，輸入功率９０Ｗ，輸出轉矩０．２５Ｎｍ，機械輸出功率５０Ｗ。該電逡逑機的性能第一次滿足了實際使用要求，但振動片與轉子接觸是點（線）接觸，因摩擦導致逡逑磨損問題。逡逑１９８９年Ｍｉｎｏｍ邋Ｋｕｒｏｓａｗａ研制出了第一臺基于蘭杰文振子的雙轉子圓柱彎曲型超聲逡逑波電機，如圖所示。壓電陶瓷用螺栓固定于定子中間，激勵定子產(chǎn)生一階彎曲振動，對稱逡逑的雙端轉子通過摩擦從定子獲取輸出轉矩。電機的空載轉速在２００？３００ｒ／ｍｉｎ之間，堵轉逡逑為矩為１５０ｍＮ＇ｍ。逡逑
【學位授予單位】：揚州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM359.9

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本文編號：2619947