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毕业设计（论文）材料之二（2） 安徽工程大学机电学院 本科毕业设计(论文)开题报告 题目：基于压电陶瓷的机器人抑振系统设计 Design of robot vibration suppression System based on PZT 课 题 类 型： 设计■ 实验研究□ 论文□ 学 生 姓 名： 吴晶晶 学 号： 102101122 专 业 班 级： 机械2101 教 学 单 位： 机械与汽车工程学院 指 导 教 师： 王海 副教授 开 题 时 间： 2014年3月6日 2014年3月6日 一、本课题的研究意义、研究现状和发展趋势 1、课题的来源和意义 机器人抑震系统的产生是为了解决因机器人在运动时产生有害震动的问题，为了满足设计师把机械臂设计得更加灵巧，减小机械臂的重量的要求，导致机械臂的刚度减小，挠性增大，机械臂在高速运动时候产生有害而强烈的震动。压电分流阻尼技术可以很好解决这个问题。 基于压电陶瓷的机器人抑震系统设计的核心部分就是压电分流阻尼技术，这个技术的主要元器件包括压电陶瓷、电阻、电感，电阻和电感我们都很熟悉，这里我们着重了解一下压电陶瓷这一电子元器件。 1880年皮埃尔·居里和雅克·居里兄弟发现电气石具有压电效应。1946年美国麻省理工学院绝缘研究室发现，某些材料在机械应力作用下，引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化，导致材料两端表面出现符号相反的 HYPERLINK /wiki/%E6%9D%9F%E7%BC%9A%E7%94%B5%E8%8D%B7 \o 束缚电荷 \t _blank 束缚电荷的现象，称为压电效应。具有这种性能的陶瓷称为压电陶瓷。 设计一种成熟的机器人抑震系统对机器人高效、准确的实现功能具有很大帮助。不能很好地控制机器人的震动，将会给机器人带来很多危害，甚至无法实现功能。比如，空间站第一阶段的装配约需遥控机器人工作 47 小时，其中等待消除残余振动的时间约占总时间的 20%-30%，高速激光切割机器人在运行过程中末段操作器最大加速度可达 3-5g，而轨迹精度却要求在±0.2mm范围内，航天器的柔性附件在展开过程中诱发的振动可使航天器的姿态失稳，一些系统的展开过程竟达 6-8 小时，需要如此长时间的原因是避免造成大的振动，因此，机器人抑震系统的研究对如何在提高速度，减小机械臂重量的同时保证精度、效率和可靠性十分必要。 课题的研究现状 随着科技日新月异的发展，机器人在生活、生产以及航空航天领域的广泛使用，使得对机器人抑震系统的研究显得十分必要和有意义，机器人抑震系统的核心技术就是压电分流阻尼技术20世纪90年代以来，压电分流阻尼（shuntpiezoelectric　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