论文部分内容阅读
微型机器人因其外形尺寸很小,便于进入微小空间实施操作,故能广泛应用于生物医学、化工、军事、航天等领域,对微小空腔、微小管道的检测及维修,对人体肠道、血管等的检查及医治具有十分重要的意义,已成为当前机电领域研究的重点之一。
微驱动器是微型机器人的核心器件,是微型机器人技术研究的重点之一。传统驱动方式如气动、液压、电磁等,由于尺寸及环境所限,很难满足微型机器人工作要求。压电器件驱动器以其独有的特性,比如高分辨率(可达纳米级)、高刚度和高控制精度等优点,正逐步受到人们的关注。目前压电陶瓷作为驱动器主要用于实现线性运动,比如微位移工作台等,而压电陶瓷用作旋转驱动器的研究重点主要集中步进式方面,利用压电材料的外形特征实现旋转驱动,此原理的缺点在于改变驱动器的旋转步距、频率等,需要直接改变压电陶瓷的外形,对运动的针对性太强,而缺少普遍性。
本课题研究的主要内容是采用惯性—摩擦原理,用压电器件开发出新型的驱动机构,给出利用惯性—摩擦原理的压电旋转驱动器的控制系统以及本体结构,把压电器件的直线运动转换成旋转运动。在此基础上,给出了部分压电线性驱动以及压电旋转驱动的实验数据,并采用有限元分析的方法分析运动结构,从而在分析的基础上给出机构的改进方向。
本文首先概述了驱动器的现状以及压电器件的应用现状,然后介绍了压电陶瓷以及惯性—摩擦原理,在此基础上提出了压电旋转驱动器的设计,给除了压电驱动器的试验结果,包括压电线性驱动器以及压电旋转驱动器。然后对结构进行了详细的分析,并利用有限元工具对系统的运动作了简单仿真。得到的实验结果以及仿真结果表明惯性—摩擦原理有一定的可行性,但距离具体的应用的结构驱动中还有一定的距离。最后提出了此系统的缺点以及改进方向。