静液连续可变传动及其Cobot应用研究

bb20920d · 发表于 2022-5-8 17:28:43

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雅宝题库解析：
智能辅助设备(Intelligent Assist Device，简称IAD)是近年来迅速发展起来的新一代人机工程设备。IAD是一种被动式、可与操作者在一个作业空间实现人机合作作业的特种作业机械，其典型代表为人机合作机器人(Collaborative robot，或称Cobot)。它是对于确定的因素（末端运动轨迹）进行编程控制，而对于不确定的因素（末端运动的速度和加速度）人为决策，将这两者结合起来的操纵平台。它兼有人的特性和机器的特性，动作效果既具有人模糊决策的能力，又具有机器的精确性。其中最关键的技术是如何通过一种连续可变传动装置（Continuously Variable Transmissions，简称CVT）形成末端运动虚拟的轨迹约束面。本文针对以上题目，在总结了国内外对Cobot最新研究成果的基础上，提出一种静液连续可变传动方法及装置。使得通过液压管路串联的多个容积式变排量机/液能量转换元件的转轴之间的传动比，能够通过调节变量元件的排量而进行控制，从而在被动机器人末端轨迹形成虚拟约束。主要工作内容如下：本文首先对二自由度静液传动式Cobot进行了总体结构设计，论证了设计方案的可行性，并初步探讨了要解决的题目。针对总体结构设计方案中要解决的流量脉动和油液流向冲突的题目，运用三维设计的方法在PRO/E中完成了无脉动关节变量元件和单向阀联锁整流装置的设计，并对其中的关键零件进行了应力强度分析，绘制零件工程图。其次，根据二自由度静液传动式Cobot的机械结构完成运动学分析，推导运动学方程，确定运动控制方案，并利用SimMechanics对运动学分析结果进行了验证。再次，基于步进电机磁链方程和液压系统基本方程对步进电机位置控制系统和液压闭式回路建立了数学模型，设计了步进电机位置控制系统的控制策略和控制算法，并利用Matlab-Simulink对系统进行了动态性能仿真。最后根据控制系统性能要求，进行了Cobot末端轨迹控制的测控系统设计，包括硬件选择，电路设计，以及软件设计。本文提出的设计方案具有设计新颖、结构紧凑、承载能力强、机械硬冲小，操纵感好等特点。基于这种新型Cobot的工业设备，将对工业机器人的技术提高和推广应用起到十分重要的作用，应用前景将十分广阔。

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