基于壓電驅(qū)動的線性位移以及旋轉(zhuǎn)位移驅(qū)動器的研究.pdf

1、微型機器人因其外形尺寸很小，便于進入微小空間實施操作，故能廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、化工、軍事、航天等領(lǐng)域，對微小空腔、微小管道的檢測及維修，對人體腸道、血管等的檢查及醫(yī)治具有十分重要的意義，已成為當(dāng)前機電領(lǐng)域研究的重點之一。 微驅(qū)動器是微型機器人的核心器件，是微型機器人技術(shù)研究的重點之一。傳統(tǒng)驅(qū)動方式如氣動、液壓、電磁等，由于尺寸及環(huán)境所限，很難滿足微型機器人工作要求。壓電器件驅(qū)動器以其獨有的特性，比如高分辨率（可達納米級）、高剛度

2、和高控制精度等優(yōu)點，正逐步受到人們的關(guān)注。目前壓電陶瓷作為驅(qū)動器主要用于實現(xiàn)線性運動，比如微位移工作臺等，而壓電陶瓷用作旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器的研究重點主要集中步進式方面，利用壓電材料的外形特征實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，此原理的缺點在于改變驅(qū)動器的旋轉(zhuǎn)步距、頻率等，需要直接改變壓電陶瓷的外形，對運動的針對性太強，而缺少普遍性。 本課題研究的主要內(nèi)容是采用慣性—摩擦原理，用壓電器件開發(fā)出新型的驅(qū)動機構(gòu)，給出利用慣性—摩擦原理的壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器的控制系統(tǒng)以及

3、本體結(jié)構(gòu)，把壓電器件的直線運動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動。在此基礎(chǔ)上，給出了部分壓電線性驅(qū)動以及壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的實驗數(shù)據(jù)，并采用有限元分析的方法分析運動結(jié)構(gòu)，從而在分析的基礎(chǔ)上給出機構(gòu)的改進方向。 本文首先概述了驅(qū)動器的現(xiàn)狀以及壓電器件的應(yīng)用現(xiàn)狀，然后介紹了壓電陶瓷以及慣性—摩擦原理，在此基礎(chǔ)上提出了壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器的設(shè)計，給除了壓電驅(qū)動器的試驗結(jié)果，包括壓電線性驅(qū)動器以及壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器。然后對結(jié)構(gòu)進行了詳細的分析，并利用有限元工具對系統(tǒng)的運動