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轮腿混合机器人机械腿动力学建模与驱动预估
  • ISSN号:1000-1093
  • 期刊名称:《兵工学报》
  • 时间:0
  • 分类:TP242.3[自动化与计算机技术—控制科学与工程;自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
  • 作者机构:[1]燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室,河北秦皇岛066004, [2]河北科技师范学院城市建设学院,河北秦皇岛066004, [3]燕山大学先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室,河北秦皇岛066004
  • 相关基金:国家科技支撑计划项目(2015BAI06B01); 河北省高等学校科学技术研究青年基金项目(QN2015185); 河北科技师范学院博士启动基金项目(2015YB004)
中文摘要:

提出了一种可以同时实现迈步行走、有动力轮式机动、无动力轮旱冰式滑行3种运动方式的轮腿混合四足军用机器人,它采用一种基于3-UPS机构的6自由度并联机械腿,对并联机械腿进行了动力学建模与驱动参数峰值预估。通过矢量回路法推导出机械腿的机构传递映射模型,并建立了机构的雅可比矩阵;采用非保守系统的拉格朗日方程建立了机械腿的动力学模型,得到了驱动参数与机械腿的运动函数之间的显式方程。通过机械腿的动力学模型,对6个伺服电机的驱动转速、力矩进行了峰值预估分析,计算出各伺服电机中的最大理论转速为19.7 r/s,最大理论力矩为71 m N·m.通过一个具体的机械腿设计方案和结构参数算例,分析了机器人按照"1-2-3-4"循环步态迈步行走过程中,其6个伺服电机的瞬时转速、瞬时力矩随时间的变化规律曲线,并计算出此算例的伺服电机最大转速为15.3 r/s,最大力矩为48.1 m N·m,均小于预估模型中的预估理论极限峰值,通过计算得出算例的伺服电机选型预估功率为77 W,算例结果证明了所建立的驱动参数峰值预估模型的合理性。

英文摘要:

A new type of wheel-leg hybrid quadruped robot is proposed, which has four 6-DOF mechani- cal legs based on 3-UPS parallel mechanism. The dynamics of mechanical legs are modeled, and their driving parameters are predicted. The vector chain method is used to establish a transfer model of 3-UPS parallel mechanism, and the Jacobian matrix is established. A dynamics model of mechanical legs is es- tablished based on the Lagrange equation, and the drive force acted on the mechanism is given. The peak prediction model of servo motors for driving speed and torque is analyzed based on the dynamics model. The calculated result shows that the peak value of rotating speed of driving motor is 19.7 r/s, and the peak value of torque of driving motor is 71 mN. m. A design scheme of mechanical leg and its structure parameters are used to obtain the changes of driving speeds and torques of 6 motors over time. The calcu- lated results show that the peak speed of driving motor is 15.3 r/s, and its peak torque is 48.1 raN-m, which are all less than the predicted limit values. The predicted peak power of servo motors is 77 (W). It proves that the dynamic analysis and the peak prediction model of driving parameters of the mechanical leg are very reasonable.

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期刊信息
  • 《兵工学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国兵工学会
  • 主编:许毅达
  • 地址:北京2431信箱
  • 邮编:100089
  • 邮箱:acta@cn-bgxh.cn
  • 电话:010-68962718 68963060
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-1093
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2176/TJ
  • 邮发代号:82-144
  • 获奖情况:
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:15352