论文部分内容阅读
在工业领域，特别是机器人领域内，高精度、高灵敏度的关节使用越来越广泛，本文提出了一种采用双定子结构纵扭超声电机驱动的旋转关节结构。
超声电机是目前国际范围内正在逐渐走向成熟的一种机电换能器。它与传统的电磁电机不同，它利用压电材料的逆压电效应将电能转换为机械能，具有体积小、结构简单、无电磁干扰、断电自锁等巨大的优势，在机械、电力、航天、医疗等领域有着广泛的发展前景。
纵扭复合式超声电机采用双振子结构，包括一个用来激励纵向振动的纵振子和一个用来激励出切向振动的扭振子。通过不同的极化方式，用相位差为180°的交流电分别激励，使纵扭振子同频谐振，并在定子与转子的接触面产生一个椭圆运动，利用摩擦力推动转子转动。
目前超声电机的驱动力矩不足是一个比较普遍的问题，本文提出一种双定子型纵扭复合式超声电机，相对于单定子-单转子型纵扭复合电机，其驱动力矩加倍。并将其应用于旋转关节的结构中，此结构在工业领域和机器人领域都有着可期待的发展前景。
本文的主要研究工作和取得的成果如下：
(1)根据国内外有关文献，概括了超声电机的概念、原理及分类，并介绍了国内、外超声电机，纵、扭复合型超声电机及超声电机应用于机器人旋转关节的结构研究现状。并结合本课题，概述了论文的选题意义及研究内容。
(2)介绍了超声电机的纵扭振动原理，介绍了超声电机及纵扭复合型超声电机的工作原理，概括总结了几种常用的电机设计分析方法。
(3)结合一维杆纵扭振动理论分析，利用Ansys建模分析软件和Spss试验数据分析软件，通过单因素分析和正交试验分析了单定子．单转子电机各结构参数对电机纵扭频率的影响。分析了变截面定子结构中，各结构参数对其纵、扭频率的影响。
(4)以一维杆纵扭振动理论为依据，结合理论力学，材料力学等，建立结构参数的公式，确定了纵扭复合式超声电机的初始结构参数。利用有限元分析了双定子-单转子结构中结构参数的变化对电机纵扭频率的影响。并结合分析结果得出结论。
(5)在双定子超声电机上采用定子调整环结构，分析了调整环结构参数之间的关系，并利用Matlab软件绘制出关系曲线并对曲线进行理论分析。
(6)通过单因素实验和正交实验分析了调整环结构参数改变对固有频率的影响，并对结果进行分析，得出有效的频率简并步骤。利用上述方法在本文结构中得到纵扭固有频率的简并。
(7)提出一种应用双定子纵扭超声电机的关节结构，确定了关节主要参数，并分析了关节结构中转子参数变化对纵扭一阶频率的影响，并提出几种关节拓展机构。
(8)结合本文的研究过程，提出在本研究方向上的一些发展展望和建议。