面向機器人腕關(guān)節(jié)的桿式多自由度超聲電機關(guān)鍵問題研究.pdf

1、隨著科學技術(shù)的進步，航天、醫(yī)療已成為機器人應(yīng)用的重要技術(shù)領(lǐng)域，其非常規(guī)和極端環(huán)境的特點對機器人提出了更高的要求，諸如輕、小、低噪聲、無電磁干擾等。腕關(guān)節(jié)作為機器人的基礎(chǔ)部件之一，探索其結(jié)構(gòu)簡單、運轉(zhuǎn)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)形式對機器人的微型化、輕量化以及進一步拓展機器人的應(yīng)用水平有著重要的意義。桿式多自由度超聲電機作為超聲電機的一種，其全新的原理、簡單的結(jié)構(gòu)形式以及三自由度驅(qū)動特點，使其在構(gòu)建結(jié)構(gòu)簡單、緊湊小巧的機器人腕關(guān)節(jié)方面有著無可比擬的優(yōu)勢。本

2、文通過有限元分析仿真與實驗相結(jié)合的手段，對基于桿式多自由度超聲電機構(gòu)建機器人腕關(guān)節(jié)的關(guān)鍵問題展開了研究，本文研究內(nèi)容如下：
　　1）根據(jù)桿式多自由度超聲電機工作機理，利用ANSYS有限元分析軟件，基于傳統(tǒng)的連續(xù)體有限元建模方法，實現(xiàn)了對電機定子的動態(tài)特性設(shè)計，并基于相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)加工制作了原理樣機。通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，基于連續(xù)體的有限元建模分析方法在桿式超聲電機結(jié)構(gòu)動力學設(shè)計中存在著嚴重的不足。
　　2）針對桿式超聲電機設(shè)

3、計中采用連續(xù)體有限元模型而導致計算精度不足的問題，提出了在螺栓預緊力條件下的桿式多自由度超聲電機振子的建模方法；并分析了螺栓預緊力和聯(lián)接面摩擦系數(shù)對定子模態(tài)頻率的影響。
　　3）基于桿式多自由度超聲電機構(gòu)建機器人腕關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，研究了確保電機球形轉(zhuǎn)子在關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)中三自由度運動的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計以及定轉(zhuǎn)子之間的預壓力加載等關(guān)鍵技術(shù)；確定了轉(zhuǎn)向環(huán)轉(zhuǎn)軸與球形轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸垂直交叉布置的設(shè)計，實現(xiàn)了關(guān)節(jié)三自由度的運動及電機定、轉(zhuǎn)子之間的預壓力加載、可調(diào)；