超声悬浮减摩技术提高惯性摩擦式驱动器性能的机理与控制技术研究

提出以控制超声波具有的悬浮和减摩能力为手段，改善惯性摩擦式驱动器内摩擦力环境，基本解决此类型驱动器位移精度受摩擦力影响的这一瓶颈，降低建立其控制模型的难度，在此基础上构造一种行程大、位移分辨率高、响应快、噪音小的精密驱动新技术。具体工作包括：惯性冲击驱动状态下驱动器与被驱动物体之间相互作用关系研究，优化驱动单元的结构参数，选择摩擦副类型，规划与超声悬浮减摩机构的结合方式；建立超声波减摩过程的运动学与动力学模型，取得超声波减摩机构与驱动器接触面结构的设计方法，建立影响关系数学表达式，提出超声波控制摩擦力策略与解决方案；进行三种方案超声波减摩驱动器驱动试验，分别进行实际制作与性能实测；建立具有反馈环节的电控单元与研究系统的智能化控制问题；从理论与试验两方面说明，以超声波减摩提高惯性摩擦式驱动器位移精度是否可行；试制超声波减摩型惯性摩擦式驱动器样机至少2套，提供结构设计方法和制造技术的关键参数。

项目利用超声波具有的悬浮现象产生提升能力，研究用其来改变或对振动台接触表面的减摩进行控制，改善惯性摩擦式驱动器内摩擦力环境，基本解决此类型驱动器位移精度受摩擦力影响的这一瓶颈，降低建立其控制模型的难度，在此基础上构造一种行程大、位移分辨率高、响应快、噪音小的精密驱动新技术。具体工作包括：惯性冲击驱动状态下驱动器与被驱动物体之间相互作用关系研究，优化驱动单元的结构参数，选择摩擦副类型，规划与超声悬浮减摩机构的结合方式；建立超声波减摩过程的运动学与动力学模型，取得超声波减摩机构与驱动器接触面结构的设计方法，建立影响关系数学表达式，提出超声波控制摩擦力策略与解决方案；进行多种类型超声波减摩驱动器驱动能力与时序匹配试验，再与惯性驱动型压电驱分别进行实际配合试验，研究超声波对惯性驱动器性能的影响，得到提升驱动器性能的方法；建立具有反馈环节的电控单元与研究系统的智能化控制问题；从理论与试验两方面研究，以超声波减摩提高惯性摩擦式驱动器位移精度的可行性和复杂程度；试制超声波减摩型惯性摩擦式驱动器样机2 套，给出了结构设计方法和制造技术的关键参数。项目执行期间共发表（含收录）科技论文12篇，其中SCI收录10篇，EI收录1篇；获国家实用新型专利7项。