基于虚拟仪器的直线超声电机机械特性测试

针对直线超声电机机械特性测试问题,建立了基于虚拟仪器的直线超声电机机械特性测试系统。设计了力与速度测试系统,为测试的直线电机提供加载,配置的压力传感器与直线型光电编码器分别用于电机输出力与速度的测量,利用虚拟仪器技术搭建了测试硬件平台。利用虚拟仪器编程语言LabVIEW对各个模块进行软件设计,以实现各自的功能。利用该系统对杆式直线超声电机和双变幅杆V形直线超声电机的机械特性进行了测试,测试结果证实该测试系统的可行性,为直线超声电机机械特性测试提供了所必需的条件。

行波型杆式超声电机定子的参数化有限元法优化设计

利用参数化有限元优化方法,对行波型杆式超声电机定子进行优化设计。首先,在确定电机定子初始结构的基础上,建立其参数化有限元模型。其次,对定子有限元模型进行模态分析,求解工作模态频率对各结构参数的灵敏度,选取灵敏度高的结构参数为设计变量,并以反映电机输出性能的重要参数作为目标函数。同时,设计了定子结构的优化方案,采用了零阶优化方法,对其结构进行优化设计。最后,根据优化结果,制作了定子样机。试验表明:定子工作模态和端面质点的振幅都满足了预期的设计要求,试验结果与优化设计结果相符。研究表明,利用该优化设计方法能有效地缩短超声电机设计周期。

卧板式直线超声电机的特性分析模型

直线超声电机摩擦接触特性对电机性能的影响很大,直线超声电机的摩擦驱动机理往往不同于旋转超声电机,无法应用旋转超声电机的接触模型对其进行分析。针对一款卧板式直线超声电机,基于弹性接触理论建立了其摩擦接触分析及特性预估模型。该模型考虑了施加预压力后定子工作状态的改变,以及定、动子相对滑动速度差对摩擦力的影响。利用所建立的模型,对卧板式直线超声电机的机械输出特性进行了仿真计算,并分析了定子振动特性、预压力、接触界面摩擦特性、施加预压力弹簧刚度特性、驱动频率等参数对电机机械特性的影响。制作了样机,并对样机的机械性能进行了测试。试验结果表明,所建立的模型对直线超声电机特性的估算是有效的,可以为直线超声电机的设计和特性分析提供参考。

新型多自由度圆环形驻波超声电机

提出一款新型多自由度圆环形驻波超声电机,该电机由一个球形转子和圆环形定子构成,利用二阶面内振动模态工作,可以实现三个方向的旋转运动。详细分析了该电机的运动机理,并根据有限元设计结果,研制了一台原理型样机。样机定子的外形尺寸为25.7 mm×25.6 mm×5 mm,驱动频率为26.76 kHz,绕三个方向的转速分别为:12r/min、10 r/min、12 r/min。该款电机具有体积小、结构简单紧凑、无需考虑复合模态多自由度电机不同工作模态频率一致性的问题等特点,有望用于小型机器人、机器人眼球、机器手和机构姿态调节等驱动上。

行波型杆式超声电机模态频率调节

加工好的兰杰文振子型杆式超声电机其两相弯振模态频率往往会不一致,这将会影响电机的效率、输出性能以及运行的稳定性。针对该问题,提出一种在电机定子装配好的状态下对其模态频率进行调节的方法。通过定子的动力学方程和K.A.Stetson结构摄动理论,求解出修改后定子的模态频率,找到了调节两相模态频率的方法。对定子进行有限元分析,找到了定子修改的合适位置,并分析了在这些位置上进行定子修改对两相模态频率的影响。制作了定子样机,对修改前后的定子模态频率进行了测试,两相弯振模态频率之差由原来的170Hz调整到70Hz,达到了工程上的要求。从试验上验证了该文的理论和有限元分析结果。

LEAD SCREW LINEAR ULTRASONIC MOTOR USING BENDING VIBRATION MODES

The operating principle of a lead screw linear ultrasonic motor using bending vibration modes is analyzed. The simplified beam bending vibration model is used to analyze the dynamics characteristics of the motor. Motion trajectory equations are derived for driving points of the stator. The motor operation and driving mechanisms are investigated. The vibration modes and the construction of the motor are analyzed by using the finite element method （FEM）. A prototype motor is built and its stator dimension is 13 mm × 13 mm× 30 mm. The motor is experimentally characterized and the maximum output force of 5- 2 N is obtained.

杆式旋转超声电机在精密定位平台上的应用

介绍了一款杆式旋转超声电机,它由一个定子和两个转子构成,利用两个一阶弯曲振动模态工作。将该电机应用于驱动精密定位平台,并构建了基于计算机与GO-400运动控制器的精密定位平台控制系统。对于杆式超声电机,当利用专用驱动器供电,驱动器的输入电压为直流15V时,电机的空载转速为206r/min,堵转力矩为0.273N.m。对于精密定位平台,通过对电机进行正/反转控制、速度PID控制,实现平台的精密定位,定位精度达到2μm。进行了平台步进试验,其正/反向的位移分辨力都为1μm。利用旋转超声电机作精密定位系统的致动器时,可以采用旋转型光电编码器代替昂贵的直线型编码器,从而大大降低整个精密定位系统的价格。

行波型杆式超声电机定子模态干扰的研究

行波型杆式超声电机定子模态干扰会造成电机工作效率低下,不稳定,难以控制等问题。首先利用有限元法和Hamilton理论,建立行波型杆式超声电机定子的动力学有限元模型;其次进行模态分析,求解各模态频率对定子结构参数的灵敏度,以此为依据进行结构参数调整,实现定子工作模态与干扰模态分离;最后制作了定子样机。其模态试验结果表明达到了模态分离的目的:定子工作模态频率至少在2 kHz范围内不存在其他干扰模态,从而验证了该方法的有效性。

三棱柱形直线超声电机

提出一款三棱柱形直线超声电机。电机定子为由二片压电陶瓷片黏接在三棱柱结构的弹性体上构成。每片压电陶瓷片产生的空间激励力都与两个工作模态的振动方向有一夹角,单片陶瓷片即能激励出两个工作振动模态,而且两者振动响应存在一个相位差。研究了电机定子驱动机制模型,推导了电机单相、两相激励时驱动质点的运动轨迹,分析了电机单相、两相驱动原理。对制作样机的机械性能进行了测试,试验表明电机可在较宽的频率范围内平稳运行,当驱动电压峰峰值为250V时,该电机单相、两相驱动的最大速度分别为2.2、2.5mm/s,最大输出力分别为0.156、0.192N,是定子质量的8.6倍、10.6倍。

双翼形直线超声波电动机

提出一款双翼形直线超声波电动机。电机定子为一个带双翼的空心圆柱结构,其利用双翼弯曲振动致使空心圆柱上下、左右摆动的两个振动模态工作,驱动动子旋转直线运动。推导了电机定子驱动质点的运动轨迹方程,研究了电机定子驱动动子运动的工作机理。利用有限元法进行分析计算,对定子驱动质点的运动轨迹进行了仿真,验证了电机运动机理分析的正确性。制作了双翼形直线超声波电动机原理样机,并进行性能测试,试验表明电机的工作频域范围较宽,在激励电压峰峰值为250 V时,电机的空载速度为1.55 mm/s,最大输出力为0.106N,是定子质量的11.7倍。

三维建模与工程制图技术在产品设计中的应用——出口制冰机设计研制的实例介绍

本文通过出口国外的制冰机设计研制的实例,介绍了三维建模与工程制图技术在产品设计中的应用。在SolidWorks 2003环境下,进行三维建模,生成二维工程图,以及在AutoCAD2000下完成对二维工程图修改,可供设计人员在产品设计 开发时参考。

超声电机定子模态频率的调节(英文)

Langevin振子型杆式超声电机利用两个空间正交、同频的弯曲振动模态工作。由于Langevin振子具有预紧力沿周向分布不均、加工有误差和材料不均匀等缺陷,加工好的电机定子两相弯振模态频率往往不一致。本文从理论上分析了两相模态频率不一致对电机输出性能的影响,并提出了一种调节电机模态频率的方法。通过结构摄动理论可知,当在电机定子的合适位置去除或增加一块质量时,能改变其模态频率。求解定子的动力学方程,得出了定子修改后的模态频率。通过有限元分析和模态分析,确定了定子修改的合适位置。最后制作了定子样机,对修改前后的定子模态频率进行了测试。结果表明,两相弯振模态频率之差由原来的1860Hz调整到了0Hz,验证了本文方法的正确性。本文方法在定子装配好的状态下,对其两相频率进行调节,可以降低超声电机的制作成本,提高电机的输出性能。

基于不对称振动模态的毫米级直线超声波电动机的研制

介绍了一款微型直线超声波电动机的研制。该电机利用两个频率不相等的不对称弯振模态工作,可以实现单相驱动和两相驱动。建立了电机定子的运动学模型,分析了在单相、两相驱动下定子驱动质点的运动轨迹,推导出其椭圆运动轨迹方程。利用有限元对在不同频率驱动下定子驱动点的运动轨迹进行了仿真,检验了电机运动机理分析的正确性。制作了微型直线超声波电动机样机,该电机定子的尺寸仅为1.72 mm×1.72 mm×6mm,在驱动频率为131.9 kHz、激励电压为40 V时,电机单相、两相激励时的空载速度分别为3.9 mm/s和4.9 mm/s。

基于实践与创新驱动的《机器人学》教学改革探索

《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》提出实施制造强国战略，深入实施《中国制造2025》，强调了制造业朝高端发展的方向。制造业的高速发展对制造装备提出了更高的要求，促进了以传感、驱动和控制为核心的机器人技术的发展，机器人已经成为人类活动不可或缺的帮手，如装配机器人、医疗康复机器人、五轴联动机床、家庭智能服务机器人以及水下探测机器人等，机器人技术的发展和市场将是一片蓝海。

一种微型压电振动能量发电装置的设计与分析

设计了一款多槽型压电振动能量发电装置,通过开槽可增加压电元件的应力、应变以及发电能力。利用有限元方法建立发电装置的仿真分析模型,并进行静力学和模态仿真分析。基于压电发电装置输出的电能与压电陶瓷的应力、应变成正比,分析了压电陶瓷的长度、厚度和弹性基体厚度等参数对压电元件应力和应变的影响规律,并对微型压电振动能量发电装置进行优化。

基于卷积神经网络的PCB缺陷图像识别

PCB缺陷图像检测是确保PCB生产质量的重要环节,但传统的人工PCB缺陷检测具有劳动强度大、工作效率低等不足。为此,本文研究了一种基于卷积神经网络的PCB缺陷图像识别方法,建立了包括三种PCB缺陷和无缺陷图像的数据集,基于ResNet101网络模型搭建了PCB缺陷图像识别分类模型。引入迁移学习的方法,基于在大数据集上充分训练好的模型结合PCB图像数据集,并训练该PCB缺陷图像识别模型。实验结果表明,ResNet101模型对无缺陷PCB图像和三类常见PCB缺陷图像的平均识别准确率达到91.98%,验证了该模型对PCB图像识别分类的有效性。

人工智能领域基底细胞癌的诊治研究进展

基底细胞癌(BCC)是最常见的皮肤肿瘤之一,临床医师可以根据发病部位、皮损外观特点做出初步诊断,还可以通过皮肤镜等无创检查手段进行图像分析与拟诊,最终依据组织病理结合临床信息确诊。近年随着人工智能(AI)技术的发展,利用机器视觉对图像进行自动识别与分析成为可能。计算机辅助诊断系统通过深度学习大量临床、皮肤镜、组织病理图片资源建立人工神经网络,辅助专业医师对疑难病症做出分析判断,有助于提高皮肤肿瘤的早期诊断水平、增强基层医师诊治能力、减轻病理专科医师工作负担。本文现就国内外AI领域对BCC的诊治研究进展作一综述。

番茄采摘机器人模块化设计与分析

针对蔬菜大棚中的番茄生长周期短、产量大,在成熟期需要大量人力来采摘的问题,设计了一款番茄采摘机器人系统,包括多自由度机器人、视觉识别系统、运动控制系统、柔性末端执行器等。机器人通过深度相机和识别算法完成番茄的识别定位,并实时反馈给控制模块,基于ROS实现机器人的运动规划,配合柔性末端执行器实现番茄的采摘。对机器人关键部件进行了有限元分析,获得了部件的应力分布,校验了其安全可靠性。建立了采摘机器人运动学方程,并利用MATLAB进行了仿真分析,求解出采摘机器人的工作空间。基于ADAMS建立了采摘机器人动力学仿真模型,通过仿真求解出各关节所需力矩。制作了番茄采摘机器人样机,在实验室环境下进行了采摘试验,验证了采摘机器人系统设计的有效性。

振动式压电风能发电装置的研究

建立了振动式压电风能发电装置在风流场中的有限元分析模型。基于标准k-ε模型进行了风流场仿真分析,并通过系统耦合实现了风流场和发电装置固体之间的双向耦合分析。获得了压电发电装置在风流体作用下的振动特性结果,结果显示:发电装置在流场中径向放置比其他放置方式能产生更多的电能。制作了压电发电装置,并在微型风洞中进行了实验。结果表明,发电装置在风场中径向放置时产生的电压明显比其他放置方式高,当风速为15 m/s时,径向放置的输出电压峰峰值大约是轴向放置的两倍。

基于神经网络的压电能量收集器性能预估模型

设计了一款双稳态聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,简称PVDF)梁压电振动能量收集器,并介绍了该款收集器结构特点和工作原理。为了解决传统理论模型预测与能量收集器实际输出性能的偏差,利用人工神经网络对其结构参数、激励频率和收集电能之间的非线性关系进行建模。基于误差反向传播训练的多层前馈网络建立了双稳态PVDF梁压电能量收集器的人工神经网络模型。以质量块质量、PVDF压电梁的压缩距离以及外激振力频率作为输入变量,收集器输出电压均方根(root mean square,简称RMS)值作为输出变量,采集了不同条件下压电能量收集器的实验数据。通过将仿真预测结果与实验结果对比,验证了所设计的人工神经网络能有效地预测压电能量收集器的输出特性,且无需复杂的收集器理论建模。