基于超声电机驱动的微操作手优化设计

来源：机械与电子杂志2017年第04期北京时间：

作者：张阳阳;姚志远;耿冉冉

单位： 南 京 航 空 航 天 大 学 机 械 结 构 力 学 及 控 制 国 家 重 点 实 验 室 ，江 苏 南 京２１００１６

摘要：为 了 提 高 超 声 电 机 驱 动 的 纳 米 级 微 操 作 手 的 控 制 精 度 ，研 究 了 它 的 结 构 和 材 料 参 数 的 优 化 设计 。 首 先 ，构 造 了 影 响 指 针 尖 端 振 动 的 参 数 化 模 型 ，对 影 响 指 针 尖 端 振 动 幅 度 的 各 项 参 数 进 行 了 灵 敏 度 分析 ，根 据 灵 敏 度 分 析 结 果 建 立 了 抑 制 微 操 作 手 指 针 尖 端 振 动 的 多 维 约 束 优 化 模 型 。 在 求 解 过 程 中 发 现 了 内点 罚 函 数 法 障 碍 项 失 效 的 现 象 ，对 内 点 罚 函 数 法 进 行 了 改 进 ，利 用 改 进 后 的 内 点 罚 函 数 法 和 牛 顿 法 迭 代 求解 ，求 解 结 果 表 明 改 进 后 的 内 点 罚 函 数 法 对 于 设 计 变 量 的 约 束 更 有 效 。 其 次 ，用 有 限 元 软 件Ａ ｎｓｙｓ ｗ ｏｒｋｂｅｎｃｈ 对 求 解 结 果 的 可 行 性 进 行 了 验 证 。 最 后 振 动 测 试 实 验 表 明 ，优 化 前 指 针 的 振 动 幅 度 为 １６ ．３３μ ｍ，优化 后 指 针 的 振 动 幅 度 为 ２ ．５１μ ｍ。 优 化 后 指 针 尖 端 的 振 动 幅 度 缩 小 了 ８４ ．６ ％ ，对 指 针 尖 端 的 振 动 产 生 了 明显 的 抑 制 效 果 ，说 明 了 优 化 方 案 的 有 效 性 。

关键词：微 操 作 手 ;超 声 电 机 ;优 化 设 计