本文關(guān)鍵詞：面向機(jī)器人腕關(guān)節(jié)的桿式多自由度超聲電機(jī)關(guān)鍵問題研究　出處：《鄭州大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,航天、醫(yī)療已成為機(jī)器人應(yīng)用的重要技術(shù)領(lǐng)域,其非常規(guī)和極端環(huán)境的特點對機(jī)器人提出了更高的要求,諸如輕、小、低噪聲、無電磁干擾等。腕關(guān)節(jié)作為機(jī)器人的基礎(chǔ)部件之一,探索其結(jié)構(gòu)簡單、運轉(zhuǎn)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)形式對機(jī)器人的微型化、輕量化以及進(jìn)一步拓展機(jī)器人的應(yīng)用水平有著重要的意義。桿式多自由度超聲電機(jī)作為超聲電機(jī)的一種,其全新的原理、簡單的結(jié)構(gòu)形式以及三自由度驅(qū)動特點,使其在構(gòu)建結(jié)構(gòu)簡單、緊湊小巧的機(jī)器人腕關(guān)節(jié)方面有著無可比擬的優(yōu)勢。本文通過有限元分析仿真與實驗相結(jié)合的手段,對基于桿式多自由度超聲電機(jī)構(gòu)建機(jī)器人腕關(guān)節(jié)的關(guān)鍵問題展開了研究,本文研究內(nèi)容如下:1)根據(jù)桿式多自由度超聲電機(jī)工作機(jī)理,利用ANSYS有限元分析軟件,基于傳統(tǒng)的連續(xù)體有限元建模方法,實現(xiàn)了對電機(jī)定子的動態(tài)特性設(shè)計,并基于相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)加工制作了原理樣機(jī)。通過實驗研究發(fā)現(xiàn),基于連續(xù)體的有限元建模分析方法在桿式超聲電機(jī)結(jié)構(gòu)動力學(xué)設(shè)計中存在著嚴(yán)重的不足。2)針對桿式超聲電機(jī)設(shè)計中采用連續(xù)體有限元模型而導(dǎo)致計算精度不足的問題,提出了在螺栓預(yù)緊力條件下的桿式多自由度超聲電機(jī)振子的建模方法;并分析了螺栓預(yù)緊力和聯(lián)接面摩擦系數(shù)對定子模態(tài)頻率的影響。3)基于桿式多自由度超聲電機(jī)構(gòu)建機(jī)器人腕關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu),研究了確保電機(jī)球形轉(zhuǎn)子在關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)中三自由度運動的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計以及定轉(zhuǎn)子之間的預(yù)壓力加載等關(guān)鍵技術(shù);確定了轉(zhuǎn)向環(huán)轉(zhuǎn)軸與球形轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸垂直交叉布置的設(shè)計,實現(xiàn)了關(guān)節(jié)三自由度的運動及電機(jī)定、轉(zhuǎn)子之間的預(yù)壓力加載、可調(diào);根據(jù)原理樣機(jī)的尺寸參數(shù),加工制作了腕關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。
[Abstract]:With the development of science and technology, spaceflight and medical treatment have become an important technology field of robot application. The characteristics of its unconventional and extreme environment put forward higher requirements for robot, such as light, small, low noise. As one of the basic components of the robot, the wrist joint explores the miniaturization of the robot in the form of simple structure and stable operation. As a new principle of ultrasonic motor, the rod type multi-freedom ultrasonic motor is a kind of ultrasonic motor. Simple structure form and three degree of freedom drive feature make it simple in construction structure. Compact and compact robot wrist has an unparalleled advantage. This paper combines finite element analysis simulation and experiment. In this paper, the key problems of the robot wrist joint construction based on multi-degree-of-freedom ultrasonic motor are studied. The research contents are as follows: 1) according to the working mechanism of multi-degree-of-freedom ultrasonic motor. Based on the traditional continuum finite element modeling method, the dynamic characteristic design of motor stator is realized by using ANSYS finite element analysis software. And based on the relevant structural design parameters, the principle prototype is made. The finite element modeling and analysis method based on continuum has serious deficiency in structural dynamics design of rod ultrasonic motor. In order to solve the problem that the finite element model of continuous body is used in the design of rod ultrasonic motor, the calculation accuracy is insufficient. In this paper, a method for modeling the vibration of multi-degree-of-freedom ultrasonic motor with bolt pretension is presented. The influence of bolt pretension force and friction coefficient on stator modal frequency is analyzed. 3) the wrist joint structure of robot is constructed based on multi-degree-of-freedom ultrasonic motor. The key techniques such as the structural design of the three-degree-of-freedom motion of the spherical rotor in the joint structure and the pre-loading between the stator and rotor are studied. The design of vertical cross arrangement between the steering ring shaft and the spherical rotor shaft is determined. The motion of the joint with three degrees of freedom and the preload between the motor and rotor are adjustable. According to the dimension parameters of the prototype, the wrist joint structure was fabricated.
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

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3 鄭U喛，

本文編號：1436159