浅谈超声电机在机器人手指关节中的应用分析

机器人手指一直以来都是国际公认的高难度科技项目，随着科技水平的不断进步和新兴的交叉学科不断涌现，传统的电磁电机机器人手指由于灵活性差、感知能力低下、力的控制精度不高等，已无法满足应用的迫切需要。超声电机体积小、扭力大、抗干干扰，配合上闭环控制驱动电源控制，可应用于高精度机器人手指产品。

目前国际上常见：拉钢线、舵机、无刷电机加蜗轮蜗杆结构、步进电机加蜗轮蜗杆结构、气动方案作为机器人手指方案，这些方案普遍存在噪音、精度不准、体积大、堵转烧机、断电失效等情况。超声电机作为核心驱动部件作为机器人手指关节部件，可以做到静音、高精度、体积小、堵转不烧机、断电自锁等功能。

超声电机作为核心驱动部件作为机器人手指，可使得机器人手指外观及性能更趋于完美。机器人手指主要有3个大部分组成：微型超声电机手指结构、微型超声电机驱动电源及运动算法、微型闭环控制管理。

微型超声电机手指结构：以人的手指同比例进行机器人手指结构设计，将特种微型超声电机安装在特定的狭小空间，可以是中间出轴结构带齿轮，也可以中空直接驱动的结构。根据实际需求进行设置

微型超声电机驱动电源：应用于机器人手指特种微型超声电机的驱动电源体积要求尽可能小，以便于安装在极为狭小的空间，输入电压为安全电压，电源之间不要有干扰。在项目推展的未来，将会将驱动电源分为控制电源模块及功率模块进行集成电路开发，以便于在微小的空间安装多个驱动电源。

微型闭环控制管理：机器人手指微型闭环控制超声电机管理系统，驱动控制运算能力需求强，使用高于15位绝对编码器，实现精准的运动控制，使用传感器以及机器人手指运动算法实现精细化高精度的运动控制。

关键技术：

1、微型超声电机，将目前的行波型盘式超声电机进行体积整合，制作成一个体积，长度14mm*直径14mm、扭矩大于0.3Ncm、静音、堵转不烧机的指关节。

2、微型超声电机伺服驱动控制电源，将目前的行波型盘式超声电机伺服驱动控制电源进行微型化设计，制成L:15mm*W:15mm*T:8mm的多接口控制电源。

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