多自由度超声电机的研究现状与展望

多自由度超声电机是将两种以上的超声振动模式按照一定的方式组合,通过在定子的表面产生椭圆运动来实现转子的多自由度转动.文中综述了近年来发展起来的几种多自由度超声电机的结构、工作原理和特征,并就多自由度超声电机的工程应用和未来发展方向进行了展望.     

多自由度测试技术的发展

介绍目前较常用的多种多自由度测试技术，给出每种测试技术的测试原理和应用场合，比较各种技术的优缺点和适用范围，讨论该技术发展的方向。     

基于衍射光学器件的多自由度测量仿真研究

提出了基于衍射光学器件的单光束多自由度测量的新方法。描述了该方法的基本原理,建立了相应的激光干涉系统的数学模型,设计了一种能够产生多自由度测量信息的衍射光学器件。分析了干涉场光强信号特征与目标各平动和转动量之间的关系,给出了仿真计算结果。该方法原理简单,测量效率高,并能提供较高的测量分辨率和测量精度。     

一类多自由度线性耦合系统的对称性与守恒量研究

运用改变坐标标度和旋转坐标轴的方法先消去Lagrange函数中的耦合项，直接得到新坐标系下的守恒量，利用坐标反变换得到原坐标系下的守恒量，并讨论与守恒量相应的无限小变换的Noether对称性与Lie对称性，最后举例说明结果的应用. 关键词： 多自由度线性耦合系统 守恒量 Noether对称性 Lie对称性     

重复型相同分段多自由度振动系统分析

构造了一种单摆和弹簧组成的重复型相同分段多自由度振动系统,导出了计算振动系统固有圆频率和振型矢量的简单公式,并对公式进行了证明和验证,同时导出了计算系统运动学方程中待定常数的公式.     

基于轨道角动量的多自由度W态纠缠系统

提出了一种制备三光子纠缠W态的方案, 该方案利用携带轨道角动量为lħ的光子(其中l可取(-∞, +∞)的任意整数)可构成无穷维向量空间的特性, 采用两种类型的参量下转换, 产生轨道角动量-自旋角动量纠缠的两对光子和一对偏振纠缠光子, 通过纠缠交换制备三光子多自由度的W态, 实现三光子体系纠缠的高维度、大容量量子信息处理. 方案采用q-plate相位光学器件和单模光纤等器件制备两个不同自由度(轨道角动量与偏振)混合的W态, 并利用计算机全息相位图改进方案制备三个不同自由度(轨道角动量、线动量和偏振)混合的W态. 本方案可稳定产生两种等概率互为对称的W态, 具有高维度、强纠缠特性与抗比特丢失能力, 信息量达log₂^m+2比特(m为l的可取值个数), 有望实现可扩容量子比特的安全通信.     

45°倾斜镜多自由度精调结构设计研究

对于高准确度光学系统,光学元件及其支撑机构之间的简单连接很难使光路对准并满足公差要求,本文介绍了一种在光学系统中能够对光路进行折转或分束的45°倾斜镜的精调支撑机构.该倾斜镜支撑结构采用了多自由度精调方式,能够在实现两维倾斜调整的同时,实现相互垂直光路的方向平移.设计中使用的柔性元件使结构的倾斜调整准确度达到角秒级,实现0~10 mm的位移,同时借鉴现有的燕尾槽导轨平移技术节省加工成本和减小周期,并且借助有限元分析软件,对机构中的关键部分进行了详尽的分析和论证.整个研究方法可作为同类光机系统设计时的参考,在光学系统的光路调整中有较大的应用价值.     

多自由度篮球机器人复杂路径跟踪控制系统设计

针对篮球机器人复杂路径识别精度偏低,运行能耗较大等问题,提出基于超声波的多自由度篮球机器人复杂复杂路径跟踪控制系统设计方法。通过MAX232芯片设计控制系统的接口电路,采用低功耗CMOS监控电路芯片MAX706构建监控电路,超声波能够精确提供机器人所遇障碍物距离信息,如有障碍则将接收到的信息进行转换,以电信号的形式反馈给主控板。软件部分利用主控板控制器的程序以及超声波测距程序的设计实现。实验表明,所设计控制系统有效提高了篮球机器人对障碍物的识别率,减小了系统运行所用能耗。     

多自由度空间中任意两力学量同时具有确定值的充要条件及判断程序

采用力学量完全集及算符对易关系特性，导出多自由度空间中任意两力学量在任意态下同时具有确定值的充要条件，明确了判断程序，使两力学量同时具有确定值问题的判断明确、规范。     

45°倾斜镜多自由度精调结构设计研究

对于高准确度光学系统,光学元件及其支撑机构之间的简单连接很难使光路对准并满足公差要求,本文介绍了一种在光学系统中能够对光路进行折转或分束的45°倾斜镜的精调支撑机构.该倾斜镜支撑结构采用了多自由度精调方式,能够在实现两维倾斜调整的同时,实现相互垂直光路的方向平移.设计中使用的柔性元件使结构的倾斜调整准确度达到角秒级,实现0~10 mm的位移,同时借鉴现有的燕尾槽导轨平移技术节省加工成本和减小周期,并且借助有限元分析软件,对机构中的关键部分进行了详尽的分析和论证.整个研究方法可作为同类光机系统设计时的参考,在光学系统的光路调整中有较大的应用价值.     

超声波马达的应用

超声马达具有诸多优良特性,它已经在很多领域得到了广泛的应用。本文介绍了超声马达的应用现状和发展前景。     

A miniaturization of the multi-degree-of-freedom ultrasonic actuator using a small cylinder fixed on a substrate

Multi-degree-of-freedom ultrasonic actuator has been studied for robot arms and multidimensional precision table and so on because of its simple structure, silent operation, and holding force. In this study, we aim to miniaturize multi-degree-of-freedom ultrasonic actuator for fabrication on a substrate. This actuator consists of a stainless steel cylinder and a PZT ring. The cylinder is fixed on a substrate and the PZT ring is glued to the substrate near the cylinder. The 1st longitudinal vibration and the 2nd bending vibration are simultaneously excited in the cylinder to make elliptical motion at the top of the cylinder and a ball rotor placed on the cylinder rotates because of the friction force. Length of the cylinder was decided so as to tune the resonance frequency of the 1st longitudinal vibration to the 2nd bending one. Actuator performances are evaluated experimentally using a 14 mm height and 7 mm diameter stainless steel cylinder with a 0.5 mm thickness PZT ring. The rotation about the cylinder axis is tested using the two orthogonal bending vibrations with 90 degrees phase difference. Also, the rotation about horizontal axes were investigated using the combination of the longitudinal vibration and one of two bending vibrations. We measured the rotation speed of a steel ball and obtained 15.8 rps using a 6 mm diameter ball rotor.     

非晶材料与物理近期研究进展

由于结合了金属和玻璃的特性,非晶合金表现出许多新奇和优异的力学和物理性质,在很多领域具有广泛的应用前景.非晶合金具有连续可调的成分、简单无序的原子结构、丰富多变的材料性质,为研究非晶态物理中的许多共性科学问题提供了理想的模型材料.块体非晶合金的发展更是将玻璃和液体及其相关科学问题的研究推进到凝聚态物理和材料科学的研究前沿.中国科学院物理研究所极端条件物理重点实验室亚稳材料合成、结构及性能研究组(EX4组)近二十年来一直致力于非晶材料和物理的研究,在新型非晶合金的制备、物性以及相关机理的研究上取得了许多重要成果.本文介绍团队最近在非晶材料和物理机理方面取得的研究成果,包括非晶合金的动力学行为和调控、非晶合金的表面动力学、功能应用以及材料探索新方法等.     

A vibrators alternation stepping ultrasonic motor

A new concept of a vibrators alternation stepping ultrasonic motor, based on longitudinal vibrations of rectangular Langevin resonators, is presented. The new motor fed by a single-phase resource without feedback is capable of bi-directions step displacements without accumulative displacement error. The step angle is 1.44 degrees, when the 150 grooves on the rotor are used in positioning. The average rotation speed without load in one step is 16.49-14.65 rad/s, and the braking torque is 0.071-0.088 Nm in operating frequency 30 kHz and operation voltage 200 V.     

一种驻波型超声马达的研究

研制出一种以长条片关压电陶瓷振子作煊子的驻波型超声马达，该马达具有整体结构简单，易于制作与调整、驱动电路合理、运行稳定的特点；由实验研究，测出了其主要性能参数，利用该马达已开发出特性优异的超声步进马达及时钟模型，小型走纸机。     

三梁纵弯扭超声驻波电机

论述三梁纵弯扭超声驻波电机的结构及原理.重点用F.E.M.方法研究了三梁纵弯扭耦合振子的动态特性.给出了振动频率和振型随耦合振子结构尺寸的变化规律,并对所研制的实验驻波电机性能进行了测试,还研制了驱动电路.这种电机运行性能优于已有的单梁纵弯扭驻波电机,具有广阔的应用前景.     

纵扭复合型超声波电机的特性研究

纵扭复合型超声波电机是最典型的低速大力矩电机,其系统模型等尚有不少问题值得探讨,特别是摩擦面的力传递模型,直接涉及这种电机的特性。结合研制的纵扭复合型超声波电机样机,从理论和实验上分析研究了各种因素对机械特性的影响,并对电机接触面的转换效率进行了分析计算,指出了这种电机效率偏低的缘由。另外实验验证了这种电机具有工作频域较宽的特性。     

纵扭复合型超声波电机纵振动数学模型

建立了纵扭复合型超声波电机的纵振动数学模型,通过仿真分析得到了电机的各种纵振动过程。仿真结果表明:只有摩擦材料参数和电机预压力选择合适,保证定转子在一个振动周期内接触、分离,并得到合适的接触角,从而实现电机的纵扭同频振动,电机才会有稳定的输出转矩和较高的效率。此外,该模型还从理论上证实了简化力传递模型中转子不动假设的合理性。      

Characteristic model of travelling wave ultrasonic motor

In general, the design and analysis of ultrasonic motor and motor’s control strategy are based on mathematical model. The academic model is widely used in the analysis of traveling wave ultrasonic motor (TWUSM). But the dispersive characteristic of piezoelectric ceramics and other complicated process, such as the friction, make the model’s precision not so accurate. On the other hand, identification modeling method, which is built based on the tested data, has obtained increasing application in the study of ultrasonic motor’s control technology. Based on the identification model, many control strategies can be designed easily. But the identification model is an approximate model, so if a more accurate model of ultrasonic motor can be obtained, the analysis and design of motor control system will be more effective. Characteristic model is a kind of identification model which can accurately describe the characteristics of TWUSM. Based on the tested data, this paper proposes the modeling method of ultrasonic motor’s characteristic model. The paper also makes a comparison of the effectiveness of different identification algorithms. Aiming at the speed control of ultrasonic motor, the influence of the parameter’s initial values on the precision of model is discussed. The calculating results indicate the availability of this characteristic model.