基于超声波电机的二自由度机械臂驱动控制系统的研究

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2、I掌硬士掌位论文一j、■基于超声波电机的二自由度机械臂驱动控制系统的研究一：’，一研艽生姓冬：。睦釜一一1．导师姓名：二塑熊强，夔。攫，．-L·垒蕉一副墼擐．尊糍磐缴gu二尊殛±，学科专Ⅺk名称蝴皇主矗．论文据交日期垫鲤垒墨县趋旦学位授尊单位．盏蠢盘．坚咎辩委员会主席越垂煎攫．⋯论文答辩日期=_呈鲤量生jJL旦且学位授手日期2006生旦评州^．基塞璧燕擐、—主型匕煎量～r，^一。。●21106年3月摘要超声波电机是上个世纪八十年代逐步发展起来的新

3、型微电机。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，是电磁电机的有力补充。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。本论文主要研究了基于超声波电机的二自由度机械臂定位和速度控制系统，骸心芯片采用MSP430F147单片机，这种单片机性价比比较高，功能比较完善，有利于超声波电机的产业化：按照系统需求进行了软件设计，给出了实验结果，并针对实验中出现的非线性问题给出了一种

4、简单可行的解决方法。系统运行稳定．实验结果较为理想．为超声波电机的产业化提供了一定的经验。本文的主要内容如下：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，指明了研究超声波电机的重要意义。在此基础上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，给出了超声波电机等效电路，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驱动控制系统电路。首先，提出了本次设计的设计思想及目的I其次，介绍了本设计的控制器

5、硬件具体技术以及调速原理。根据系统控制要求，详细介绍了该控制系统的软件构成和具体蜜现方法，包括上位机软件、下位机软件以及通讯部分．详细阐述了在本控制系统中的调速、定位原理，最后结合实验结果进行r分析。同时，针对调速过程中的非线性问题提出了俺单易行的解决方法。对全文内容进行总结，根据在研究行波超声波电机速度、位置控制中出现的问题，提出一些建议。关键词：超声波电机、机械臂、单片机、P调节东南大学颐士学位论文AbstractUltrasonicmotorfabbfUSM)isarelativelynewtypemotorthathasbeendevelopedstepby

6、stepsinceeightdecadeoflastcentury．Itsoperatingprincipleisquitedifferentfromtheoneofthetraditionalelectromagneticmotors．USMufilizesthemechanicalvibrationintheultrasonicfrequencyscalethatwasgeneratedbytheconve倍。piezoelectriceffectofpiezoelectricceramicsIthasthestatorindirectcontactwithth

7、erotordrivenbyafrictioncontact．USMhasmanyexcellentperformancesandfeaturessuch∞hightorqueatalowspeed，compactnessinsize，highholdingtorquewhenpowerisoff,insensitivetomagneticfields,fastresponse。nonoiseandsoOILIthasmoreexcellentperformancethantheeleetmmagnctiemotorinthefieldneedingcompact，

8、efficient．intermittentmotionandfinecontrols．Forafewyearsnow,revotvingultrasonicmotors(USMs)，inparticularthoseemployingrotaryllaveling-wave咖peUSM。haveattractedspecialinterestasdirectMrive-typeactuatorsforservo·systemsinindustrialconsumerandautomotiveprocessingfields．Thepaperdescribast