三足彎振復合型旋轉(zhuǎn)壓電驅(qū)動器的研究.pdf

1、在設(shè)計仿人機器人的電機伺服系統(tǒng)時，對系統(tǒng)的電源供電方式、功率密度、可靠性、動態(tài)性能等都有很高的要求。目前常用的伺服系統(tǒng)多數(shù)以電磁電機作為關(guān)節(jié)驅(qū)動器，對于大轉(zhuǎn)矩、小質(zhì)量和低轉(zhuǎn)速等性能要求之間的矛盾性，電磁電機很難達到理想的要求。壓電驅(qū)動器作為一種在致動原理和結(jié)構(gòu)上有突破性進展的新型驅(qū)動元件，為機器人關(guān)節(jié)驅(qū)動器的選擇上提供了更好的方案。減輕機器人質(zhì)量、簡化結(jié)構(gòu)、提高響應(yīng)速度等優(yōu)點使壓電驅(qū)動器受到廣大學者的青睞。經(jīng)過三十多年的研究，壓電驅(qū)動技

2、術(shù)得到了長足的發(fā)展?；趬弘娫鎵弘娦?yīng)，壓電驅(qū)動器將電能轉(zhuǎn)換為機械能以激發(fā)出所預期的振動模態(tài)及相應(yīng)的運動軌跡，進而通過摩擦耦合實現(xiàn)動子的致動。如今，壓電驅(qū)動器已經(jīng)根據(jù)其結(jié)構(gòu)和機理上的區(qū)別分為多種類別。足式壓電驅(qū)動器由于出力大、速度快的特點成為機器人關(guān)節(jié)驅(qū)動系統(tǒng)很好的選擇，并展現(xiàn)出了直接驅(qū)動方面的優(yōu)勢。
　　本文首先對壓電驅(qū)動器的單個彎振壓電振子進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。在建立有限元模型后，進行了模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析，經(jīng)仿真得到了結(jié)構(gòu)尺寸參

3、數(shù)與驅(qū)動器的共振頻率和機電耦合效率之間的關(guān)系，并通過得到的數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)的尺寸優(yōu)化。然后，通過瞬態(tài)分析以獲得振子驅(qū)動足的運動軌跡，驗證了壓電驅(qū)動器工作原理的可行性。根據(jù)以上分析結(jié)果，設(shè)計了驅(qū)動器整體結(jié)構(gòu)并研制了樣機實驗過程中，首先測試各彎振壓電振子的阻抗特性，得到各振子相應(yīng)的阻抗特性曲線和等效電路的電學參數(shù)，由阻抗特性曲線獲得彎振壓電振子的諧振頻率，計算電學參數(shù)對壓電驅(qū)動器進行了阻抗匹配設(shè)計。然后用激光測振儀對壓電振子進行了振動特性測試，