用于四足机器人的并联弹性腿足关节设计与优化 |
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引用本文: | 刘思宇,廖峻北,雷飞,王志瑞,闫曈,党睿娜,郭朝.用于四足机器人的并联弹性腿足关节设计与优化[J].兵工学报,2023(S2):71-83. |
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作者姓名: | 刘思宇 廖峻北 雷飞 王志瑞 闫曈 党睿娜 郭朝 |
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作者单位: | 1. 武汉大学动力与机械学院 |
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基金项目: | 国家重点研发计划项目(2023YFE0202100);;国家自然科学基金项目(51605339); |
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摘 要: | 为了提升四足机器人腿足的运动性能,设计一种具有并联弹性驱动器(Parallel Elastic Actuator, PEA)的腿足关节,通过模仿四足动物的肌腱作用原理,将拉簧并联在小腿连杆和大腿连杆之间,在膝关节处实现了并联弹性驱动,具有尺寸小、质量和惯量低的特点。建立了PEA膝关节的动力学模型,并借助该模型,在预设跟踪任务轨迹下,综合考虑峰值力矩、峰值功率和能量利用率,对拉簧的刚度系数进行多目标优化,得到全局最优的拉簧刚度为5 510 N/m。为了对比本PEA关节与电机直驱关节的性能,从仿真和实验两个方面进行验证。利用Gazebo机器人仿真环境,使用带有刚度的滑动副来实现PEA拉簧的效果,通过物理引擎模拟获取关节电机的输出力矩、输出功率、机械能耗;搭建PEA膝关节实验平台开展样机实验,获取膝关节电机的电源输入参数,如输入电流、输入功率、电源能耗。实验结果表明:PEA对比电机直驱关节,在0.5~2.0 s的轨迹周期下,电机输出方面可以减少峰值力矩40%~79%、峰值功率52%~89%和机械能损耗40%~89%,电机输入方面可以减少峰值电流46%~77%、峰值电功率43%~76%和电能损...
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关 键 词: | 四足机器人 并联弹性驱动器 刚度优化 能量损耗 |
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