damping)技术在结构振动与噪声控制中的应用越来越引起专业研究者们关注。Hagood等首先提出了压电分流阻尼的概念。该方法的基本原理是通过压电式作动器把振动结构的机械能转换为电能,然后通过分流电路中的电阻把电能消耗掉。
基于压电陶瓷的机器人抑震系统设计之所以被广泛应用于机器人抑震系统中,是因为它有众多其它机器人抑震系统无法比拟的优势,其优点主要集中于以下几点:
1、原理简单明了,易于理解
基于压电陶瓷的机器人抑震系统的核心技术是压电分流阻尼原理,就是利用震动引起压电陶瓷的变形,从而产生电动势,在分流阻尼电路中形成电流而发热,实现了将机械能以热能的形式消耗掉,达到抑震的作用。
2、结构紧凑,占用空间小、无复杂电路
基于压电陶瓷的机器人抑震系统有压电陶瓷和分流阻尼电路两部分组成,压电陶瓷体积非常小,分流阻尼回路主要由导线、电阻和电感三部分组成,电感和电阻主要有串联和并联两种,所以说,整个压电陶瓷分流阻尼系统结构非常紧凑,占用空间也十分小,电路也很简单。
3、自动化程度高
基于压电陶瓷的机器人抑震系统只要设计无误,正确安装在需要抑震的机器上,即可实现抑制震动的功能,在实现抑震的过程中无需人工操作。
4、节能,不需要外接电源
基于压电陶瓷的机器人抑震系统不需要外接电路驱动整个系统,十分节能,其只是将机器震动的机械能转化成热能,以达到抑制震动的目的。
5、工作稳定,反应快
基于压电陶瓷的机器人抑震系统无复杂的电路,而且不需要复杂的软件处理传感器采集的信号,抑制震动是将机械能通过电能转化成热能从而达到抑制震动的目的,这个速度十分迅速。
3、发展趋势
柔性机械臂在震动的过程中不可避免产生弹性震动,对机器人柔性臂的振动抑制成为重要的研究课题,基于压电陶瓷的机器人抑震的方法也在不断地发展和优化,有关发展趋势主要有以下几种:
1、对压电陶瓷布置位置进行优化设计,让压电陶瓷位于柔性臂的不同位置,进行抑制震动实验,分析压电陶瓷在不同位置时候的抑震时间和效果,选取ZUI合理的位置。
2、采用先进的控制器,工程领域广泛使用的PID控制器就是对误差信号进行比例、积分、微分等运算,并将其运算结果作用于受控对象,将压电分流回路与PID控制器相结合,组成抑震效果更好的抑震系统。
3、为了更好地抑制低频震动,采用主动控制方法,主动控制是将作动器和传感器黏结或嵌入柔性机械臂中,并与控制器相连组成智能结构机械臂,在一定的控制规律下,有作动器产生的作用力来抵消机械臂的震动能量。
4、震动控制更加智能,随着科学技术,一种所谓的智能梁被提出,它指内嵌或外贴有分布传感器和分布作动器的柔性机械臂,通过这些材料产生的做动应变来实施震动控制。
二、研究方案及工作计划
在机器人逐渐普及的今天,国内外对机器人的研究投入也在迅速增加,对机器人的要求也越来越高,新一代机器人具有高速、重载、高精度、高的灵活性以及结构简单轻便的特点,尤其在机械臂重量方面,为了减轻机械臂的质量和体积,如今在很多场合的机械臂都使用柔性机械臂,相对于刚性机械臂,柔性机械臂的刚度大大减小,这就给机器人在运动过程中带来了振动,为了解决机器人在工作中的的振动问题,国内外都有比较深入地研究,但是,机器人抑振系统的研究绝不是一朝一夕的事情,直到机器人发展到如今地步,关于机器人由于高速运动而带来的振动问题依然值得研究人员去深入研究。
本课题将采用压电分流阻尼技术,把振动的机械能转化成电能,然后通过压电分流阻尼回路以热能的形式消耗掉,已达到抑振的效果,为了更好地达到抑振的效果,我们将把机械臂的结构简化成悬臂梁的模型,采用ANSYS有限元分析软件,对模型的固有频率进行测试,根据测试结果,对分流阻尼回路的电路进行优化设计,使分流阻尼回路能够在不同模态下对机械臂都能有很好的抑制振动的效果。为了更好的设计分流阻尼回路,本文设计了测试系统,该系统测试了基于压电陶瓷的机器人抑振系统在不同频率和激励强度下抑振系统的输出参数。课题难点是对柔性机械臂建模并用ANSYS软件对其进行模态分析,分流阻尼回路的优化设计也是一个难点。对于这两个难点首先ANSYS分析将采用简化模型的方式解决;分流阻尼回路的优化设计将采用加一个负阻抗变换器的方法,使其达到频率自适应的功能。
三、工作计划
第一 二周 完成开题报告
第三周 查找资料。选择方案
第四周 完成方案的选择
第五周 完成前言部分
第六周 进行框架设计,大体计算结果
第七周 选择参考文献,共十五篇,其中英文五篇,并选择一篇翻译
第八周 完成说明书的前半部分(草稿)
第九周 完成说明书的正文部分,并准备中期检查报告
第十周 准备计算及软件分析
第十一周 完成计算
第十二周 熟悉软件
第十三周 完成软件
第十四周 对设计进行完善
第十五周 完成说明书
第十六周 完成后期检查,并进行修缮
第十七周 修改设计中的不足之处,准备答辩
第十八周 进行答辩
三、阅读的主要参考文献