压电超声波马达发展现状及研究方向

阐述了超声波马达和传统电磁电机相比较的优点,对目前超声波马达发展概况和研究现状进行了详细分析,指出日本超声马达研究及应用主要在民用消费品领域,欧洲各国发展重点在高精仪器驱动方面,美国超声马达研究重点在航天领域和军事应用。分别对典型的行波马达、驻波马达、大力矩马达、多自由度马达、微马达以及非接触马达的原理、特点和性能进行了介绍,指出了现阶段超声波马达研究方向在于精确建立数学模型、设计新型马达结构、提高陶瓷材料和摩擦材料性能及改善控制手段等方面,从而全面提高超声波马达寿命和性能,扩展马达的应用领域。

纵弯复合多自由度球形超声电机的研究

目前国内外对多自由度超声电机的研究和应用尚属探索阶段,出现了多种结构的多自由度超声电机。提出了一种新型单振子纵弯夹心换能器式超声电机结构,由单一驱动足产生多自由度振动轨迹,驱动球形转子作多自由度运动;对十字交叉换能器做了模态分析,对纵振和弯振做了模态简并;建立了驱动足的运动轨迹方程,并仿真分析了典型驱动方式下驱动足的振动轨迹;试验测试了样机转子绕X、Y、Z轴转动的速度与电压之间的关系和转矩与速度之间的关系,计算了相应情况下电机的最大效率;电机旋转方向与分析结果一致。

基于超声波微驱动的摩擦改性

提出了一种超声波微驱动摩擦改性的思想。通过激励超声波马达振子的两个对称的夹心式换能器前端头作旋转方向相反的椭圆运动,使摩擦副处于超声波动力润滑状态,同时控制两个夹心式换能器振幅,实现在低速运动时对摩擦力的主动控制达到减小摩擦力的目的。利用气浮导轨、力传感器、低速电机建立了摩擦力模糊控制系统。初步的实验表明,摩擦力大大减小,当振子和负载总质量为3．8kg,电机拖动速度0．5mm/s时,摩擦系数达到0．0053。

新型超声换能器式直线驻波马达的研究

提出了一种新型直线驻波马达,介绍了其原理和设计过程,研究了设计不规则形状换能器的有限元方法。该马达的结构简单,运行稳定,响应迅速。实验表明,理论设计和实际情况符合良好。

尾鳍运动行为对仿鱼机器人稳态游动性能的影响

将速度收敛算法应用于仿鱼机器人自主游动的数值模拟研究中,以鱼体静止为初始条件,通过检验游动过程中的作用力动态修正游动速度,使其收敛到稳态值,进一步在收敛速度的基础上,研究尾鳍运动行为对仿鱼机器人稳态游动性能的影响,揭示其推进机理和流场结构。计算结果表明,改变尾鳍运动的相位差和最大击水角度,采用速度收敛算法可以有效地预测仿鱼机器人的稳态游动速度,进而获得尾鳍运动行为与稳态游动的推进力、功率消耗和推进效率的映射关系,三维流场结构清晰地反映了尾鳍运动行为对尾迹结构、尾迹强度的影响机制。研究结果对于预测仿鱼机器人的稳态游动速度,揭示尾鳍运动行为对仿鱼机器人稳态游动性能的影响机制,设计仿鱼机器人的运动参数具有重要意义。

鲹科和鲔科仿鱼机器人自主游动机理的分析与比较

采用计算流体力学方法对自主游动的仿鱼机器人进行数值模拟,给定相同的物理模型,将鱼体分别按照鲹科模式和鲔科模式运动学进行游动,提取两种模式的力能学和流场结构信息。通过比较二者的收敛速度、推进力和侧向力、功率消耗和推进效率、流场结构的差异,归纳出提高仿鱼机器人游动性能的影响因素。结果表明,鲹科模式中的'波动鱼尾'和鲔科模式中的'摆动鱼尾'在自主游动中起到了极为可观的作用;鲹科模式具有良好的综合游动性能,只有在合理的参数范围内,鲔科模式的游动性能才会较鲹科更为占优;对于鲔科模式而言,欲获得理想的收敛速度和推进效率,应优先选择合理的最大击水角度,再依据快速和高效的不同目标适当调整相位差。研究结果对于理解鲹科和鲔科仿鱼机器人的自主游动机理、开发新型仿鱼机器人具有重要意义。

投弃式温深计探头海水中下落深度计算方法研究

为计算投弃式温度深度测量计(XBT)探体在海水中的下落深度,在基本运动学分析的基础上,推导出XBT探体在海水中下落深度的计算公式及相关参数,并分析了探体重量误差对深度计算结果的影响。与标准温盐深仪的对比实验证明,该公式计算出的深度平均误差在2%以内。

实现预定游速的仿鱼机器人最佳效率运动规划

对仿鱼机器人推进而言,实现一个预定的游动速度可能存在多种运动方式,其中效率最高的运动方式只有一种。对实现预定游速的仿鱼机器人获得最佳效率进行运动规划研究。运用数值模拟方法,获得仿鱼机器人的稳态游动速度,揭示其稳态速度、功率消耗和推进效率与不同运动方式之间的内在规律;进一步以获得最佳效率为目标函数,以实现预定游速为约束条件,以摆动频率f和尾部最大摆幅Amax定义的运动空间为设计变量,对仿鱼机器人进行运动规划研究。结果表明,低f和高Amax的运动方式可以在实现预定游速的同时,获得最佳的推进效率。以实现预定游速2m·s–1为例,低f和高Amax的运动方式其推进效率较高f和低Amax提高了37.7%,二者的三维流场结构清晰地反映了这一规律。研究结果对于获得仿鱼机器人实现预定游速的高效运动规律,揭示稳态游动机理,设计仿鱼机器人的推进动作具有重要意义。

用于机床进给系统的双向驻波直线超声电机

近年来超声电机在机床进给系统中的应用越来越广泛,针对于传统贴片式驻波型超声电机效率低,功率小,不利于在进给系统中应用的现状,文章提出一种利用夹心式弯振换能器的激励弯曲驻波的驻波直线超声电机。运用振动理论分析了电机的致动原理:通过激励两种不同谐振频率的弯曲驻波,并结合驱动齿的合理分布,可实现双向运动。采用有限元法确定其具体结构尺寸,并验证了各驱动齿端部振动轨迹为倾向一致的斜线。制作了样机并测定了其机械输出特性,达到如下指标:最大推力14N,最高速度180mm/s。

基于构型分岔的并联机构优化设计

对于给定的一组运动输入参数,并联机构有可能出现构型分岔。为了使机构在连杆长度范围内能够随意运动,基于构型分岔进行了并联机构优化设计。在连杆空间分析并联机构运动状态的基础上,应用杆长向量表示了六自由度并联机构的16种极限构型。为避免机构出现构型分岔,利用同伦法和静态分岔条件,分析了极限构型的分岔特性,得到连杆的长度范围。对所设计的机构进行了运动可控制条件分析,以保证机构在整个杆长范围内可以控制。

基于CFD的收缩型喷嘴的喷油仿真研究

为了解决航天器运动部件润滑失效的问题,将按需喷墨打印技术(DOD)应用于空间机构的润滑油主动补充系统.通过运用CFD-ACE数值仿真软件,结合计算流体力学(CFD)的理论和流体体积算法(VOF)中的分段线性界面重构技术(PLIC),对油滴从收缩型喷嘴(锥角约为43°)中形成到喷射进入稀薄大气中的过程进行气液两相流体的仿真分析.在相同的驱动电压条件下,分别对粘度,表面张力,以及喷嘴直径对油滴喷射行为的影响进行分析;提出油滴的体积等效计算方法.仿真数据和图像分析表明:此喷嘴结构,随着粘度的增加,油滴的喷出速度减小,体积也减小;随着表面张力的增加,油滴的喷出速度减小,体积增大.合理选择喷嘴直径是油滴能否有效喷出的关键因素.

谐波减速式超声波电动机的设计与实验研究

提出并设计了一种低速输出的谐波减速式行波超声波电动机,分析了其工作原理,并利用样机研究了行波超声波电动机和组装后的谐波超声波电动机的频率速度特性,获得双面齿行波超声波电动机和谐波减速式超声波电动机的最大空载速度,且实验获得的传动比比设计的理论传动比大20%。实验结果表明该电机能够低速可靠的运行。

超声波电动机在太空探测中的应用

简单介绍了超声波电动机在太空探测中的应用背景,着重分析了超声波电动机在太空探测中较电磁电机具有的诸多优点,详细介绍了超声波电动机在太空探测中的应用现状,重点分析了超声波电动机在太空探测应用中存在的问题。

仿鳐鱼水下机器人自主游动建模与仿真

随着探索海洋的呼声越来越高,仿鱼机器人的研究热潮也随之而来。在众多鱼类中,以鳐鱼为代表的胸鳍推进式鱼类具有良好的机动性,能适应复杂的海底环境。然而目前国内外对仿鳐鱼机器人的研究很少,特别是对其动力学模型和自主游动方面的研究更是不足,因而建立了仿鳐鱼机器人的物理模型,提出了一种动力学模型,并在此基础上仿真实现了仿鳐鱼机器人的自主游动,获得了与真实鳐鱼游动十分接近的速度和相同的运动规律,证明了模型和仿真的正确性。

行波型超声波电机新型驱动控制电路的研究

由于超声波电机的工作原理及其驱动控制方式不同于传统的电磁型电机,针对超声波电机的驱动要求,研制了一套新型频率跟踪及调速装置,对该装置中硬件电路部分的实现作了详细介绍.

基于DSP的行波型超声波电机的驱动与控制

研制了一种基于DSP的行波型超声波电机的驱动与控制系统,该系统实现了电机在谐振点附近的自动频率跟踪、转速反馈控制、显示以及与上位机之间的通讯等功能。实验结果表明该驱动控制系统性能稳定,控制方法可行。

行波超声马达压电振子的分区与极化工艺

提出并研制了一种新型定子结构的圆板型行波超声马达，针对压电振子的分区和极化工艺，提出了一种不同于传统方法的新设想。对实验马达的测试表明。

超声波液体传送装置的设计

提出了一种行波型超声液体传送装置,其传送机理是利用纵向振动的超声波换能器激起传送管上的弯曲行波,使输送管管壁质点产生椭圆运动从而在液体中产生声流来驱动液体运动。从理论上证明了超声波液体传送装置中行波和声流的存在,并建立了有限元模型。该装置具有结构简单、响应迅速和噪声小等特点。

双向驻波直线电动机

利用等效复合梁理论对双向驻波直线电动机定子齿的运动规律进行了理论研究。分析了定子和移动体的相互作用情况 ,使用有限元软件分析了定子齿的运动规律 ,对双向驻波直线电动机控制系统的控制机理和加电方式进行了理论和实验研究。实验验证了这种双向驻波直线电动机具有结构和驱动简单、高分辨率、可方便地实现正反向运动等特点。

基于DSP的超声电机速度采集

为了研究旋转超声电机的运动特性和控制方法,设计了基于TI公司TMS320LF2407 DSP处理器的转速采集系统.实验采集的超声电机速度数据与预期基本相符.系统工作稳定可靠,可为超声电机运行特性分析提供原始数据,并可作为超声电机DSP测控系统的组成部分.