基于超声波电机的二自由度机械臂驱动控制系统的研究

论文题目: 基于超声波电机的二自由度机械臂驱动控制系统的研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 电力电子与电力传动

作者: 翟晓军

导师: 胡敏强,金龙

关键词: 超声波电机,机械臂,单片机,孤极信号反馈

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 超声波电机是上个世纪八十年代逐步发展起来的新型微电机。它利用压电陶瓷逆压电效应激发的超声振动作为驱动力,通过定转子间的摩擦力来驱动转子运动。与传统的电磁马达相比,它具有低速大转矩、无电磁干扰、动作相应快、运行无噪声、无输入自锁等卓越特性,在非连续运动领域、精密控制领域要比传统的电磁电机性能优越得多。目前,旋转型超声波电机,尤其是环形行波型超声波电机,在工业、办公、过程自动化等领域的伺服系统中作为直接驱动执行器得到广泛的关注。本论文主要研究并设计了基于超声波电机驱动二自由度机械臂实现快速定位的控制系统,给出了具体技术方案;分析了孤极信号反馈在实现超声波电机速度稳定控制时的补偿作用,并进一步分析了孤极信号反馈对超声波电机的负载与转速关系的补偿作用。本文的研究成果及主要内容如下:系统总结了超声波电机的发展、特点、分类,通过与传统电磁电机的对比给出了超声波电机的广阔的应用前景。在此基础上,指出了超声波电机研究的发展方向,明确了本文的研究内容。总结了环形行波型超声波电机的结构特点、运行机理,并在此基础上总结了环形行波型超声波电机调频、调相、调幅等控制方法以及推挽、半桥和全桥驱动逆变电路的优缺点。设计了基于超声波电机的二自由度机械臂的快速定位驱动控制电路。首先,提出了本次设计的设计思想及目的;其次,介绍了本设计的控制器硬件具体技术以及调速原理,本次设计控制器CPU芯片采用MSP430F147单片机,这种单片机性价比较高,利于超声波电机的产业化;最后,介绍了电机控制器软件设计方案和上位PC机界面的编程。设计了超声波电机孤极信号反馈电路,分析了当电机温度漂移时,孤极信号反馈对电机转速的稳定控制作用,并在此基础上进一步分析了孤极信号反馈对超声波电机负载与转速关系的补偿作用。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 超声波电机发展简史

1.2 超声波电机的基本原理与分类

1.3 超声波电机的特点

1.4 超声波电机的应用

1.5 本文研究的主要内容

1.6 本章小结

参考文献

第二章 环形行波型超声波电机机理及驱动控制技术

2.1 环形行波型超声波电机的结构特点

2.2 环形行波型超声波电机的运行机理

2.3 环形行波型超声波电机的电学等效模型

2.4 环形行波型超声波电机基本控制方法

2.5 环形行波型超声波电机逆变主电路

2.6 本章小结

参考文献

第三章 基于超声波电机的二自由度机械臂控制系统的设计

3.1 机器人系统的基本结构

3.2 机器人的驱动方式

3.3 二自由度机械臂控制系统的设计思想

3.4 机械臂的逆向运动学模型

3.5 电机驱动控制电路的设计

3.5.1 微控制器

3.5.2 控制器与上位PC 机通讯

3.5.3 驱动波形

3.5.4 调频电阻网络

3.5.5 谐振频率校验

3.5.6 位置检测

3.5.7 电流检测保护

3.6 功率逆变电路设计

3.6.1 推挽电路

3.6.2 吸收电路

3.6.3 升压变压器

3.6.4 谐振电感

3.7 本章小节

参考文献

第四章 基于超声波电机的二自由度机械臂控制系统软件设计

4.1 二自由度机械臂控制系统软件设计

4.1.1 控制器软件设计

4.1.2 上位PC 机界面设计

4.2 通讯协议

4.3 二自由度机械臂定位性能的改进

4.4 本章小节

参考文献

第五章 孤极信号反馈电路设计与分析

5.1 概述

5.2 孤极反馈速度补偿的基本原理

5.3 设计思路

5.4 硬件设计

5.5 软件设计

5.6 算法设计

5.7 孤极信号反馈对电机运转特性的影响

5.8 本章小节

参考文献

第六章 总结与展望

6.1 本文的主要贡献如下:

6.2 进一步的研究方向:

致谢

攻读硕士期间的发表论文

获得的奖励:

攻读硕士学位期间参加的科研项目:

发布时间: 2007-06-11

参考文献

• [1].基于超声波电机的二自由度机械臂驱动控制系统的研究[D]. 陈慧.东南大学2006
• [2].行波超声波电机的位置速度控制及其在机器人多自由度关节中的应用[D]. 李宪章.浙江工业大学2005
• [3].五自由度摇摆台控制系统的设计与实现[D]. 肖福勤.南京航空航天大学2010
• [4].多自由度灵巧手控制系统的设计与研究[D]. 吴竹兵.中北大学2017
• [5].超声波电机的驱动控制策略与实验研究[D]. 徐文潭.浙江工商大学2018
• [6].少自由度并联示教机器人的结构学与运动学设计[D]. 许怀友.重庆大学2004
• [7].超声波电机舵机控制技术研究[D]. 朱宜家.中北大学2018
• [8].一种四自由度助残机械臂的构型及运动学分析[D]. 杨佩然.河北工业大学2015
• [9].基于μ综合的二自由度控制方法及应用研究[D]. 张嘉明.哈尔滨工业大学2008
• [10].五自由度脑微创手术框架精度的研究[D]. 王俊杰.华中科技大学2007

相关论文

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• [2].基于超声波电机的二自由度机械臂驱动控制系统的研究[D]. 陈慧.东南大学2006
• [3].基于DSP的超声波电机转速控制特性的研究[D]. 王敏才.东南大学2006
• [4].小型柱体超声波电动机结构及其驱动电路研究[D]. 张华.东南大学2006
• [5].超声波电机仿真及其测试系统[D]. 施一峰.东南大学2005
• [6].超声波电机控制系统的研究[D]. 褚国伟.东南大学2005
• [7].专用超声波电机驱动电路研究[D]. 赵先锋.中国工程物理研究院2005
• [8].超声波电机驱动控制系统研究[D]. 王华云.华中科技大学2005
• [9].基于DSP的行波型超声波电机驱动控制系统的研究[D]. 张龙.浙江大学2004
• [10].超声波电机精密定位系统及驱动控制研究[D]. 纪科辉.浙江大学2004

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