高扭矩密度仿人机器人驱动单元研究

摘要

驱动单元是协作型仿人机器人的核心部件之一。研制出一种用于大负载仿人机械臂的小体积、高扭矩密度、高动态性能和抗倾覆的驱动单元。通过合理的槽极匹配结合径向长度和轴向厚度等电机机械结构参数的优化,设计出一种高径长比外转子永磁同步电机。通过分析驱动单元减速器部件的受力形式设计了抗倾覆两级行星减速器。建立驱动单元的动力学模型,对驱动单元样机进行集成研制。基于实际试验台对驱动单元样机进行系统辨识和负载特性测试,验证了所研制的驱动单元满足仿人机械臂的应用需求。汇演结果表明,所设计的驱动单元具有体积小、扭矩密度高和动态性能好等优点,外形尺寸降至88.5 mm×35 mm,额定扭矩密度高达35.97 N·m/kg,空载工况下闭环控制带宽达到47.6 Hz。