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。     

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。     

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...     

直线超声电动机驱动的平面3-PRR并联平台视觉精密定位

提出一种直线超声电动机驱动的平面3-PRR并联平台,研究并联平台视觉精密定位技术。给出并联平台结构并采用矢量链法得到并联平台运动学模型。针对并联平台动平台位姿测量问题,利用视觉系统作为反馈单元,通过图像处理技术对动平台上的人工特征中心定位,实现对动平台位姿精确测量;针对传统PID关节控制器在实际控制中问题,采用基于扰动观测器的并联平台支链控制器模型。试验结果表明：对于目标位置为(20 mm,20 mm),并联平台半闭环控制精度约为±500 µm,而通过视觉定位精度达到±5 µm。视觉定位较半闭环控制大幅提高了并联平台定位精度,能够满足并联平台大行程、高精度定位的需求。     

超声电机驱动多关节机器人的类PID小波神经网络控制

针对超声电机驱动多关节机器人的运行特性,提出一种新颖的速度-位置双闭环PID控制模式,有效地抑制了超声电机响应极快所导致的速度变化剧烈的现象,从而提高了机器人的运动平稳性.为了进一步提高超声电机驱动多关节机器人的控制性能,使其能根据超声电机的变化特性对PID控制参数进行实时调节,提出类PID小波神经网络控制器.通过对传统离散型增量式PID表达式各项的合理划分,将速度-位置双闭环PID控制、实践经验、当前的轨迹误差及其变化情况都融入进了类PID小波神经网络控制器中.该控制器参数的在线学习机制采用了δ自适应律并结合了BP算法和梯度下降法,算法简单,计算量大大减少.试验结果证明,所设计的类PID小波神经网络控制器不仅明显优于PID和PID神经网络控制器,而且具有很好的抗干扰能力.     

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。     

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。     

被动式力反馈主操作手设计

利用超声制动器提出了一种被动力反馈主操作手的研究设计方案。主操作手手指由连杆机构及超声制动器组成,通过连杆机构测量指尖位姿,进而反解手指关节状态信息,在超声制动器的作用下,将执行机构所受到的力反馈给操作者;运用M atlab对结构设计的合理性进行了验证,确定机构尺寸的参数。最后,给出主操作手完整的结构形式。该方案解决了传统力反馈主操作手中结构复杂、尺寸大,运动不准确、测量偏差大等缺点。     

一种应用正态分布理论的直线超声电机精密定位控制方法

针对直线超声电机在精密驱动过程中存在较强的非线性、时变性及控制模型复杂等问题,提出了一种基于正态分布理论统计直线超声电机驱动电压与速度/位移关系的方法,结合模糊逻辑控制技术,实现了对直线超声电机精密定位控制。利用宏微驱动控制模式对超声电机驱动的平台进行大行程、高精度定位实验研究,实验结果表明采用所提方法,当行程为5 mm时,稳态误差小于5 nm,能抑制系统的超调,改善系统动态性能。同时,由于直线超声电机动态保持力非常大,使得系统具有良好的抗扰动能力。     

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。