双压电膜驱动器的有限元分析与实验研究

双压电膜是由压电材料层、环氧树脂层、金属层组成的复合板。将双压电膜组合在一起构成管内移动微小机器人的驱动器。该文以压电本构方程为基础,建立双压电膜驱动器的机电耦合的有限元模型,采用有限元分析软件对双压电膜驱动器进行静态和模态分析,同时对驱动器静态位移与固有频率进行测试。将有限元分析与实验测试结果进行对比分析,两者的结果一致。

双压电膜驱动微小型机器人建模与实验测试

该文分析了基于双压电膜驱动微小机器人的惯性冲击式运动原理,建立了机器人压电振子的等效电学模型,采用有限元法对双压电膜驱动器进行模态分析,确定了微小型机器人运动的激励信号频率,并求解了双压电膜等效电学模型中的电学参数。在此基础上对该微小机器人进行了实验测试,结果表明,机器人最高速度为200mm/min,最大输出力为0.1N。

双压电膜驱动微小机器人控制器的研究

设计了一种适用于双压电膜驱动的微小型机器人控制器。控制器主要由信号发生电路及高压放大电路组成。信号发生电路采用直接数字信号合成器(DDS)技术及静态随机存储器(SRAM)内存查表技术,利用硬件描述语言(VHDL)和原理图描述方法对现场可编程门阵列器件(FPGA)进行设计,产生的信号通过集成功率运算放大器对机器人进行驱动控制。最后进行了控制器性能测试,完成了该控制器样机的试验。

一种谐振式微小型机器人移动机构

提出了一种基于谐振机理的微小型平面移动机构,由3条弹性腿足组成,在压电膜的激励下使弹性足发生振动,足端与地面产生碰撞摩擦,驱动机构行走,具有结构简单和移动速度快的优点。首先介绍了机构的行走机理,然后利用有限元法对试验样机的弹性足进行了模态分析并建立了简化动力学模型。最后实验结果表明,该样机在10 V电压驱动下,最大速度可达23.02 mm/s,证明了模型的正确性。

一种基于粘滑运动原理的微小型机器人建模与实验

为实现微小型机器人的精密运动定位,提出一种基于粘滑运动原理的足式微小型机器人.机器人足由双压电膜驱动,本身为空间不等截面的弹性梁结构.首先建立了柔性足的有限自由度模型和机器人系统的动力学模型.然后根据粘滑驱动中的粘滞和滑移过程的不同特点,分别对粘滞过程的静力学与滑移过程的瞬态动力学进行了分析,得到了机器人运动位移、分辨力与驱动电压之间的关系,并分析了粘滞-滑移过程中摩擦力的变化以及足尖的状态切换过程.分析结果表明,在粘滞阶段,基体的静态位移与驱动电压近似呈线性关系,且随驱动电压的增高而增大;在滑移阶段,由于柔性足的振动及振动与摩擦力的耦合关系,足端的滑移距离及基体位移与驱动电压之间存在非线性关系.建立了机器人样机,对机器人的运动分辨力和位移响应进行了测试,实验数据显示,基于粘滑运动原理,机器人可以实现0.88μm的高运动分辨力.