Design, Modeling and Experiments of 3-DOF Electromagnetic Spherical Actuators

محرک کروی یک دستگاه الکتریکی جدید است که می‌تواند با ورودی توان الکتریکی به حرکات چرخشی 2/3-DOF در یک اتصال واحد دست یابد. دارای مزایایی مانند ساختار فشرده، جرم/ممان اینرسی کم، پاسخ سریع و غیر تکینگی در فضای کاری است. کاربردهای امیدوارکننده ای در رباتیک، خودروسازی، تولید، پزشکی و صنعت هوافضا دارد.

این اولین تک نگاری است که تحقیقات در مورد محرک های کروی را به طور سیستماتیک معرفی می کند. این دامنه عملگرها را از تک محور معمولی به چند محوره گسترش می دهد، که به مبتدیان و محققین کمک می کند تا دانش خود را در مورد محرک های الکترومغناطیسی افزایش دهند. روش‌های مدل‌سازی تحلیلی عمومی برای میدان مغناطیسی و گشتاور خروجی توسعه یافته‌اند که می‌تواند برای توسعه سایر محرک‌های الکترومغناطیسی به کار رود. یک روش طراحی پارامتریک که امکان تجزیه و تحلیل و طراحی سریع محرک‌های کروی را برای کاربردهای مختلف فراهم می‌کند، پیشنهاد شده‌است. یک روش جدید سنجش حرکت کروی 3-DOF بدون تماس با دقت بالا توسعه یافته و با آزمایش‌ها ارزیابی می‌شود، که نشان می‌دهد می‌تواند به یک مرتبه دقت بالاتر از روش‌های معمولی دست یابد. فن‌آوری‌های غیربعدی‌سازی و نرمال‌سازی برای اولین بار به تحلیل میدان مغناطیسی وارد می‌شوند و یک پایگاه داده معیار برای مرجع سایر تحقیقات در مورد محرک‌های کروی ایجاد می‌شود.

نمایه شده در فهرست استناد کتاب– علوم (BKCI-S)

A spherical actuator is a novel electric device that can achieve 2/3-DOF rotational motions in a single joint with electric power input. It has advantages such as compact structure, low mass/moment of inertia, fast response and non-singularities within the workspace. It has promising applications in robotics, automobile, manufacturing, medicine and aerospace industry.

This is the first monograph that introduces the research on spherical actuators systematically. It broadens the scope of actuators from conventional single-axis to multi-axis, which will help both beginners and researchers to enhance their knowledge on electromagnetic actuators. Generic analytic modeling methods for magnetic field and torque output are developed, which can be applied to the development of other electromagnetic actuators. A parametric design methodology that allows fast analysis and design of spherical actuators for various applications is proposed. A novel non-contact high-precision 3-DOF spherical motion sensing methodology is developed and evaluated with experiments, which shows that it can achieve one order of magnitude higher precision than conventional methods. The technologies of nondimensionalization and normalization are introduced into magnetic field analysis the first time, and a benchmark database is established for the reference of other researches on spherical actuators.

Indexed in the Book Citation Index– Science (BKCI-S)