Mesoscale piezoelectrically driven mechanisms - design, modeling, fabrication, and control

介观尺度压电驱动机构 - 设计、建模、制造和控制

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2019-06339
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.97万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2020-01-01 至 2021-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Mechanisms and robots remain difficult to fabricate and actuate at small scales. While these challenges have found suitable solutions in medium to large scale robotics, at the mesoscale, on the order of a millimeter to centimeters, these challenges remain. Piezoelectric materials represent one possible solution to the challenge of actuation as they are materials that strain when an electric field is applied across them. At small scales in particular, actuation via the piezoelectric effect becomes favourable. While generating only small displacements, these actuators have a large bandwidth and hence can generate fast and precise movements. This research program has three main objectives which are to leverage new fabrication techniques in order to create new piezoelectric motors and parallel robots that are piezoelectrically driven. The first objective is to find cost effective fabrication techniques for piezoelectrically driven structures. The second is to build from my recent work to create planar piezoelectric motors based on a series of unimorph arms. I have designed and fabricated a series of prototypes of a piezoelectric motor which has a planar diameter of 9 mm and a thickness of less than 0.8 mm. Hence, the goal is to continue work on the design, modeling, and fabrication of this piezoelectric motor to increase its performance for small scale robotics. The third objective is to leverage these fabrication techniques to create parallel robotic mechanisms which leads from my previous work on a three degree of freedom nanopositioning platform based on piezoelectric stack actuators. This work will deal with the design of transmissions and multiple degree of freedom joints with demonstration on a planar parallel five-bar robot, en route to the final long term goal of creating a miniature Stewart platform. This platform will achieve a large workspace with high motion frequencies. The overarching goal of this research program is to engineer low-cost piezoelectrically driven motors and mechanisms at the mesoscale. By employing the developed design, modeling, fabrication, and control techniques, a number of applications will be pursued such as surgical instruments, micro-assembly, manipulators for pico to femto class satellites, and miniature autonomous vehicles while offering a unique and novel opportunity for HQP training.
机械和机器人仍然难以在小规模上制造和驱动。 虽然这些挑战已经在中到大规模机器人中找到了合适的解决方案,但在毫米到厘米量级的中尺度上,这些挑战仍然存在。 压电材料代表了致动挑战的一种可能的解决方案,因为它们是当电场施加在它们两端时应变的材料。 特别是在小尺度下,通过压电效应的致动变得有利。 虽然仅产生小位移,但这些致动器具有大带宽,因此可以产生快速和精确的运动。 该研究计划有三个主要目标,即利用新的制造技术,以创造新的压电电机和并联机器人,压电驱动。 第一个目标是找到成本效益的压电驱动结构的制造技术。 第二个是建立在我最近的工作,创造平面压电电机的基础上,一系列的单压电晶片臂。我已经设计和制造了一系列的压电电机的原型,具有9毫米的平面直径和厚度小于0.8毫米。因此,我们的目标是继续工作的设计,建模和制造这种压电电机,以提高其性能的小规模机器人。 第三个目标是利用这些制造技术来创建并联机器人机构,这是我以前在基于压电堆致动器的三自由度纳米定位平台上的工作的结果。 这项工作将处理与平面平行五杆机器人上的演示传动和多自由度关节的设计,途中的最终长期目标,创造一个微型Stewart平台。 该平台将实现具有高运动频率的大工作空间。 该研究计划的总体目标是在中尺度设计低成本压电驱动电机和机制。 通过采用开发的设计,建模,制造和控制技术,将追求许多应用,如手术器械,微装配,皮科到毫微微级卫星的操纵器,以及微型自动驾驶汽车,同时为HQP培训提供独特而新颖的机会。

项目成果

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Orszulik, Ryan其他文献

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  • 批准号:
    RGPIN-2019-06339
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 1.97万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
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  • 批准号:
    RGPIN-2019-06339
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 1.97万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
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介观尺度压电驱动机构 - 设计、建模、制造和控制
  • 批准号:
    DGECR-2019-00333
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 1.97万
  • 项目类别:
    Discovery Launch Supplement
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  • 批准号:
    RGPIN-2019-06339
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 1.97万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Modeling and Control of Piezoelectric Stack Actuators for Precision Space Instrumentation
精密空间仪器压电堆栈执行器的建模和控制
  • 批准号:
    487652-2016
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 1.97万
  • 项目类别:
    Postdoctoral Fellowships
Modeling and Control of Piezoelectric Stack Actuators for Precision Space Instrumentation
精密空间仪器压电堆栈执行器的建模和控制
  • 批准号:
    487652-2016
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 1.97万
  • 项目类别:
    Postdoctoral Fellowships
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精密空间仪器压电堆栈执行器的建模和控制
  • 批准号:
    487652-2016
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    2016
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    $ 1.97万
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    Postdoctoral Fellowships

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    $ 1.97万
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    $ 1.97万
  • 项目类别:
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  • 批准号:
    RGPIN-2019-06339
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 1.97万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
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