多自由度超声电机构建腕关节结构关键问题的研究

这里分别从杆式多自由度超声电机振子的动力学特性设计方法、定转子之间的预压力加载以及确保电机球形转子在关节结构中三自由度运动的结构形式设计等三个方面对基于杆式多自由度超声电机构建机器人腕关节结构进行了相关的研究。针对当前在杆式多自由度超声电机振子的动力学特性设计方法上的不足,提出了在有限元模型中应考虑接触和螺栓预紧力在振子动力学特性中的影响因素,并通过实验验证了该方法的正确性,在腕关节的结构设计方面,通过增设转向环及其转轴与球形转子转轴的垂直交叉布置,巧妙的实现了关节三自由度的运动及电机定、转子之间的预压力的加载、可调。该结构简单、轻巧灵便,对机器人的微型化、轻量化具有积极的意义。     

多自由度超声电机研究的一些新进展

多自由度超声电机是从九十年代初开始研究的、在单自由度超声电机的基础上发展起来的一种新型电机。由于这种电机能提供两个或两个以上自由度的运动，且具有超声电机本身的独特优点，因而有广阔的应用前景。文中列举了几种最新出现的多自由度超声电机，阐述了它们的结构、工作原理和特点，为关注这方面发展动态的同行们提供参考。     

多自由度球形关节电动机的发展现状及研究方向

介绍传统多自由度关节的驱动组成及特点,提出以球形电动机直接驱动多自由度球形关节;分析直接驱动式球形关节的结构原理、性能特点、应用范围及意义.介绍球形电动机在国内外的发展和现状,提出球形关节电动机的研究方向.     

新型多轴旋转超声电机原理

提出了一种多轴旋转超声电机结构及工作原理。该电机利用两个环形定子的振动相互配合,直接实现夹持在其中的球形转子的多方向旋转,避免了多定子多自由度超声电机的动力学耦合和单定子多自由度超声电机的预压力施加困难的问题。该电机具有结构简单紧凑、易于小型化的特征,可望用于光学镜头或一些机构的姿态调节。原理样机可直接旋转的方向数为9个,行波驱动获得的堵转力矩为0.012 1 Nm,驻波驱动的8个方向堵转力矩分别为0.004 3,0.003 2,0.004 1,0.003 7,0.004 0,0.003 3,0.004 3和0.003 5 Nm。     

多自由度超声电机设计与应用研究

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。针对多自由度超声电机定子结构及实现2个自由度运动输出的要求,自行设计两自由度平台解决方案。     

杆式超声电机频率一致性设计关键问题研究

首先介绍了杆式多自由度超声电机及其工作原理,在此基础上,为提高该种电机其整机动力学输出性能,根据电机振子设计要求,用有限元方法建立了其结构动力学模型并确定了振子结构形式以及压电陶瓷片在杆式超声电机振子中的最佳安放位置;其次基于螺栓联接非线性系统,考虑摩擦、接触等非线性因素对杆式超声电机精确有限元建模。据此设计、制造了杆式超声电机原理样机,实验验证表明很好地满足了电机频率一致性设计。     

多自由度超声电机优化设计及在x-y平台的应用

为了探索和快速实现多自由度超声电机的设计及应用,提出一种锥型结构的多自由度超声电机。该电机定子采用单足驱动方式,利用四分区的叠层压电陶瓷作为激励元件,分析其产生两维直线运动的驱动机理。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中进行全局优化求解。优化结果表明,电机多个设计目标都得以实现,最后制作实验样机并成功应用在x-y平台上。     

直线超声电机的研究进展

文中概述了直线超声电机特点、类型、驱动原理及其在国内外的发展研究现状，展望了直线超声电机的应用前景。     

三自由度永磁球形电动机运动学与动力学分析

针对在众多领域内要求执行机构必须在一定的空间内多自由度地完成某些特定的工作,研究了一种新型的多自由度执行装置三自由度永磁球形电机。以旋量理论和李群李代数做为基础,对该装置进行运动学与动力学分析,以POE指数积法求解三自由度永磁球形电机的运动学正解、逆解,综合分析各运动杆件运动学分析的结果,使用运动螺旋和指数积公式的数学工具对其进行分析,得到其速度变换的雅可比矩阵以及求取三自由度永磁球形电机运动所需的驱动力矩,基于凯恩方程和旋量理论建立三自由度永磁球形电机动力学模型。为三自由度永磁球形电机轨迹规划以及运动控制等后续研究提供了重要的理论基础。     

液质悬浮式永磁多自由度电机流体分析与仿真

多自由度执行机构由于其结构简单、效率高、能耗低以及易于控制等优点受到了越来越多的重视,拥有广泛的应用前景。介绍了一种新型液质悬浮永磁多自由度电机的基本结构及其工作原理,在分析电机的流体理论的基础上,建立了电机雷诺方程,并进行了简化,给出了边界条件。结合流体力学仿真软件,对电机液体油膜物理特性和数学模型进行了分析,并计算了不同转速和偏心率下的液体油膜压力分布情况及油膜对转子的阻力矩。分析计算结果为永磁多自由度电机的优化设计和控制系统设计提供了理论基础和数据支持。     

超声电机在南京航空航天大学的研究与发展

介绍了南京航空航天大学超声电机研究概况；叙述了南京航空航天大学超声电机研究中心在超声电机技术方面所取得的研究进展和成果；列举了该中心在研究超声电机中所解决的若干关键技术；总结了取得这些进展和成果的主要原因和经验。最后，提出了本中心当前的研究任务，展望了超声电机未来的发展。     

直线型超声电机的发展及应用

概述了直线型超声电机的运动机理，综述了国内外直线型超声电机的发展及其研究现状，列举了一些典型例子，总结了直线型超声电机的应用领域。针对现在直线型超声电机在理论、实验、材料等方面存在的问题，指出了在其研究开发中需要解决的关键技术。     

超声波直线电机的运行机理

超声波电机的运行机理完全不同于传统的电磁型电机。阐述了超声波直线电机椭圆运动的生成原理，讨论了行波直线电机与驻波直线电机的优劣，为超声波电机设计提供了理论依据。     

单相激励旋转步进超声电机原理

结合模态旋转型步进超声电机和自校正步进超声电机的特点,提出了一种单相激励的旋转步进超声电机原理。该电机具有开环控制下,无累积误差的特点。采用同一种工作方式实现驱动和定位,避免了自校正步进超声电机失步或多步的问题;克服了模态旋转型步进超声电机步距角较大的弱点,无需牺牲负载能力就可实现较小的步距角。制作的原理样机实验中未发现错步现象,其堵转力矩、步距角和单步运行最大误差分别为0.0032Nm、7.5度和0.6度。     

超声电机在真空环境下的负载特性试验研究

为了研究超声电机在真空环境下的驱动行为，设计了一套测试装置。通过该装置实现了对超声电机负载力矩的施加以及在真空环境下对超声电机转速、转矩的测量。试验结果表明，超声电机可以在真空环境下工作，但性能较常态环境下有所变化，其空载转速明显下降，堵转力矩有所增大。     

基于虚拟仪器的直线超声电机机械特性测试

针对直线超声电机机械特性测试问题,建立了基于虚拟仪器的直线超声电机机械特性测试系统。设计了力与速度测试系统,为测试的直线电机提供加载,配置的压力传感器与直线型光电编码器分别用于电机输出力与速度的测量,利用虚拟仪器技术搭建了测试硬件平台。利用虚拟仪器编程语言LabVIEW对各个模块进行软件设计,以实现各自的功能。利用该系统对杆式直线超声电机和双变幅杆V形直线超声电机的机械特性进行了测试,测试结果证实该测试系统的可行性,为直线超声电机机械特性测试提供了所必需的条件。     

超声电机伺服控制的研究评述

为改善超声电机性能,实现超声电机快速、准确、稳定的控制,对于超声电机的现有的伺服控制策略和方法进行评述和比较,并且根据超声电机运动机理不同于传统的电磁电机,具有复杂的动力学现象及时变、强非线性等特点,提出了基于参考模型的模糊神经网络控制方法、遗传算法或其他的组合控制方法将是适用于超声电机的控制策略。     

Principle and experimental verification of novel dual driving face rotary ultrasonic motor

Existing rotary ultrasonic motors operating in extreme environments cannot meet the requirements of good environmental adaptability and compact structure at same time,and existing ultrasonic motors with Langevin transducers show better environmental adaptability,but size of these motors are usually big due to the radial arrangement of the Langevin transducers.A novel dual driving face rotary ultrasonic motor is proposed,and its working principle is experimentally verified.The working principle of the novel ultrasonic motor is firstly proposed.The 5th in-plane flexural vibration travelling wave,excited by the Langevin transducers around the stator ring,is used to drive the rotors.Then the finite element method is used in the determination of dimensions of the prototype motor,and the confirmation of its working principle.After that,a laser Doppler vibrometer system is used for measuring the resonance frequency and vibration amplitude of the stator.At last,output characteristics of the prototype motor are measured,environmental adaptability is tested and performance for driving a metal ball is also investigated.At room temperature and 200 V(zero to peak) driving voltage,the motor’s no-load speed is 80 r/min,the stalling torque is 0.35 N·m and the maximum output power is 0.85 W.The response time of this motor is 0.96 ms at the room temperature,and it decreases or increases little in cold environment.A metal ball driven by the motor can rotate at 210 r/min with the driving voltage 300 V(zero to peak).Results indicate that the prototype motor has a large output torque and good environmental adaptability.A rotary ultrasonic motor owning compact structure and good environmental adaptability is proposed,and lays the foundations of ultrasonic motors’ applications in extreme environments.     

超声电机多定子同步驱动技术的研究

研究多定子超声电机同步驱动技术,通过多定子同步驱动增加电机的驱动力(矩),解决目前单定子驱动电机输出功率不大的问题,并且以两个定子同步驱动为例,分别给出了采用分立元件、AVR以及DSP 3种器件设计驱动电路的方法,比较分析了各自的优缺点,并指出多定子同步驱动可有效提高电机运行的可靠性和稳定性,探讨了同步驱动技术今后的发展趋势。