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

1、微型機(jī)器人因其外形尺寸很小，便于進(jìn)入微小空間實(shí)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(duì)微小空腔、微小管道的檢測(cè)及維修，對(duì)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(jī)電領(lǐng)域研究的重點(diǎn)之一。 微驅(qū)動(dòng)器是微型機(jī)器人的核心器件，是微型機(jī)器人技術(shù)研究的重點(diǎn)之一。傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式如氣動(dòng)、液壓、電磁等，由于尺寸及環(huán)境所限，很難滿足微型機(jī)器人工作要求。壓電器件驅(qū)動(dòng)器以其獨(dú)有的特性，比如高分辨率（可達(dá)納米級(jí)）、高剛度

2、和高控制精度等優(yōu)點(diǎn)，正逐步受到人們的關(guān)注。目前壓電陶瓷作為驅(qū)動(dòng)器主要用于實(shí)現(xiàn)線性運(yùn)動(dòng)，比如微位移工作臺(tái)等，而壓電陶瓷用作旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器的研究重點(diǎn)主要集中步進(jìn)式方面，利用壓電材料的外形特征實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，此原理的缺點(diǎn)在于改變驅(qū)動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)步距、頻率等，需要直接改變壓電陶瓷的外形，對(duì)運(yùn)動(dòng)的針對(duì)性太強(qiáng)，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(kāi)發(fā)出新型的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，給出利用慣性—摩擦原理的壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)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(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在此基礎(chǔ)上，給出了部分壓電線性驅(qū)動(dòng)以及壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并采用有限元分析的方法分析運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，從而在分析的基礎(chǔ)上給出機(jī)構(gòu)的改進(jìn)方向。 本文首先概述了驅(qū)動(dòng)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(dòng)器的設(shè)計(jì)，給除了壓電驅(qū)動(dòng)器的試驗(yàn)結(jié)果，包括壓電線性驅(qū)動(dòng)器以及壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器。然后對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并利用有限元工具對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)