粘滑駆動原理に基づく圧電式直線-回転運動プラットフォーム

XU Liwen ,  

WANG Dongming ,  

CHEN Wanjiang ,  

LI Ruijie ,  

XIAO Xiaohui ,  

FENG Zhao ,  

摘要

ロボット支援ターゲット穿刺などの手術における斜角柔軟性の直線運動および回転運動に対するニーズに応じて、粘滑駆動原理に基づく直線-回転粘滑式圧電駆動運動プラットフォームを設計した。本プラットフォームは2自由度の柔軟駆動機構と能動ロック柔軟機構で構成され、それぞれ直線運動と回転運動の2自由度運動を実現し、運動のリターン現象を効果的に抑制する。柔度行列法と閉ループ直列柔軟機構計算モデルを用いて静力学方程式を導出し、遺伝的アルゴリズムと組み合わせて構造パラメータを最適化した。さらに有限要素法に基づき静的解析、モーダル解析および過渡応答解析を行い、シミュレーションの増幅率を取得し、能動ロック柔軟機構の有効性を検証した。実験結果は、直線運動および回転運動の実験増幅率がそれぞれ2.865および1.568であること、能動ロック柔軟機構により直線および回転運動のリターン変位がそれぞれ69.15%および89.40%低減したことを示す。駆動器の最大直線速度は2,428.25 µm/sに達し、分解能は0.569 µmである。360°の回転が可能であり、最大速度は58,019 µrad/s、分解能は14.4 µradである。プラットフォームは低結合運動特性と高い正逆方向運動一致性(≥94%)を兼ね備え、ターゲット穿刺などのシナリオのタスク要求を満たしている。

关键词

圧電ドライバ;粘滑運動;精密駆動;柔度行列

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