【摘 要】
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电驱动足式机器人噪音低,动态响应快,可适用于更广阔的应用场景,是机器人领域研究的热点之一。近年来,小尺寸、轻载电动四足机器人的样机或产品层出不穷,然而大尺寸、重载电动四足机器人样机仍是空白,主要制约因素是当前可用的电作动器转矩密度不足。使电驱动关节和液压驱动关节输出能力相媲美,是四足机器人研究的热点和难点。本文针对电动大尺寸四足机器人样机的驱动需求,开展电动关节的设计和开发,论文的主要研究工作如下
【基金项目】
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国家重点研发计划项目“高性能仿生足式机器人研究”课题二“基于爆发式高功率密度电机驱动的足式机器人动态平衡调节方法”（编号2019YFB1309502）
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电驱动足式机器人噪音低,动态响应快,可适用于更广阔的应用场景,是机器人领域研究的热点之一。近年来,小尺寸、轻载电动四足机器人的样机或产品层出不穷,然而大尺寸、重载电动四足机器人样机仍是空白,主要制约因素是当前可用的电作动器转矩密度不足。使电驱动关节和液压驱动关节输出能力相媲美,是四足机器人研究的热点和难点。本文针对电动大尺寸四足机器人样机的驱动需求,开展电动关节的设计和开发,论文的主要研究工作如下:对四足机器人在运动和承载工况下所需的关节转矩、转速、功率等性能需求进行仿真分析,据此确定了驱动关节的“大力矩电机+小速比减速器”一体化设计方案,并根据惯量匹配原则,进而确定了驱动关节减速比和电机指标要求,利用1J22软磁合金材料的高饱和磁密特性和Halbach磁极阵列聚磁特性提高电机转矩输出性能,制定了电机的初始设计方案。构建电机的参数化尺寸模型,分析长径比、裂比、槽开口、极弧系数等尺寸参数对电机转矩、转动惯量和转矩波动的影响,并通过有限元软件参数扫描的方式确定最终尺寸方案。分析关节电机的损耗分布并构建电机热网络模型,对电机在不同负载工况下的温升情况进行分析,根据影响散热性能因素的分析,提出适用于外转子关节电机的定子槽内高导热性灌封和轴端强迫风冷相结合的散热方案。对关节电机样机的基本电磁参数和性能指标进行了实验分析,验证了设计的合理性,分析实验偏差产生的原因,并为进一步提高电机性能提供参考。
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