机器人关节减速电机的抱负规划办法(MIT 迷你猎豹)

在规划机器人时,执行机构的答应质量和所需的输出扭矩由所运用的环境决议。但是,这些需求仍是能够预留一个比较大的规划空间让咱们来挑选适宜尺度的电机和传动标签11比。咱们开发出来一种执行机构的规划办法,使力气操控在高度动态的环境下的运用。该办法在给定的致动器分量束缚下,优化了用于高精度本体感受力操控的电机挑选和传动比。咱们在MIT迷你猎豹的主执行器规划中运用了该办法。

关节电机暗示

规划动机

MIT猎豹的高速腿式运动需求机器人腿具有大的加速度和扭矩。由于跑步时是在高度动态的环境下,腿的可变阻抗是需求的。但是现有的驱动战略无法满意需求。一般,电动机经过高传动比来完成所需的扭矩输出和封装尺度。高减速比约束了操控战略的挑选。例如,闭环操控仅限于速度相对较慢的动力学。串联弹性执行机构增加了许多附加执行机构,增加了体系机器人关节减速电机的志向规划办法(MIT 迷你猎豹)的复杂性和惯性。咱们信任存在更好的办法。终究,咱们开发了一种新颖的执行机构,在许多运用场景中都是最优的。

规划方针

致动器的规划办法旨在于为咱们供给志向的致动器。关于MIT的猎豹来说,志向的驱动器要具有如下条件:

1.恰当的扭矩输出。明显,执行器有必要能够输出所需的扭矩,这个值可能是适当高的。例如,在高速跑步中,地上的反作用力是体重的几倍。

2.高转矩密度。扭矩密度,或接连输出扭矩/质量,相关输出驱动器的巨细和分量。扭矩密度越高越好,由于它答应一个更小,更轻和更可逆的驱动器。

3.抗逆向载荷冲击才能高。执行器越能够向后驱动,就越简单移动结尾执行器并反向驱动变速器。高回机器人关节减速电机的志向规划办法(MIT 迷你猎豹)驱动才能维护体系免受环境影响,特别是意外环境影响的损害。

4.高通明度。通明描绘了能量在执行器和结尾执行器之间双向活动的简单程度。高通明度答应能量再生,延伸电池寿数和运用有用的操控战略,如开环阻抗操控。一个高度可反向驱动的驱动器一般也是高度通明的。

5.功率高。在机器人移动运用中,功率当然是至关重要的—功率越高越好。

完成原理

经过对典型无刷电机的量纲分析,给出了要害的衡量方针:空隙半径。即从旋转轴到转子与定子空隙中心的间隔。

特别重要的,咱们看到输出转矩与空隙半径的平方成正比,质量与空隙半径成正比,假定转子和定标签1子的厚度坚持不变的情况下。因而,咱们能够权衡电动机的巨细和传动比。关于给定的执行器质量预算和所需的输出扭矩,咱们能够运用标签20带有小齿轮箱和减速比的大空隙半径电机,或带有大齿轮箱和减速比的小空隙半径机器人关节减速电机的志向规划办法(MIT 迷你猎豹)电机,或任何介于两者之间的东西。这种规划办法的终究标签5方针是在这些条件下,考虑组件的惯性、反射齿轮动力学、定向齿轮损耗和机器人关节减速电机的志向规划办法(MIT 迷你猎豹)希望的操控战略,并输出最优的致动器规划。但是,并不是一切必要的模型都存在(如:定向齿轮损耗)。咱们正在尽力生成这些模型和发明一个优胜的致动器规划东西。但是,以MI机器人关节减速电机的志向规划办法(MIT 迷你猎豹)T的猎豹为例,考虑到驱动器与环境之间继续的双向交互作用,最小的齿轮传动比明显更优胜。这是标签5最佳的最大距离半径,由于这最大极限地进步扭矩密度,一起最小化齿轮传动比。更重要的是,最大极限地进步齿轮传动比能够最大极限地进步机器人关节减速电机的志向规划办法(MIT 迷你猎豹)扭矩发生功率,这与电机常数有关,适当于扭矩的平方每单位欧姆功率损耗:

因而,咱们看到,在许多标签3机器人运用中,最优电动机器人关节减速电机的志向规划办法(MIT 迷你猎豹)执行机构使电机的空隙半径最大,齿轮传动比最小。

实标签19现的规划成果

为了验证这个办法,咱们在MIT猎豹上完成了它。咱们运用现有的Emoteq HT-5001三相永磁同步电动机,其空隙半径为77.5毫米,结构了一套定制的电动机。运用一级减速然后取得最小的冲突丢失。

试验标明,执行器优化规划办法实际上答应对猎豹的腿进行高强度的操控,如图所示。

更重要的是,这个规划办法规划出了一个高效的驱动器。下图是与相似产品的比照。

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后边我会继续更新机器人规划、操控、资讯等相关内容。

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