Diseño y Experimentos de Actuador Electro-Hidrostático para Robot con Ruedas y Patas con Respuesta Rápida de Control de Fuerza
Autores: Zhao, Huipeng; Zhou, Junjie; Ma, Sanxi; Du, Shanxiao; Liu, Hui; Han, Lijin
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Diseño y Experimentos de Actuador Electro-Hidrostático para Robot con Ruedas y Patas con Respuesta Rápida de Control de Fuerza
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Robot de patas con ruedas
Actuador electrohidrostático
Relación fuerza-peso
Alto rendimiento dinámico
Control por modo deslizante
Métodos PID
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 21
Citaciones: Sin citaciones
El robot con patas de rueda combina las funciones de vehículos con ruedas y robots con patas: alta velocidad y alta capacidad de paso. Sin embargo, el rendimiento limitado de los actuadores de junta existentes siempre ha sido el cuello de botella en las aplicaciones reales de grandes robots con patas de rueda. Este artículo propone un actuador electrohidrostático (EHA) altamente integrado para permitir un rendimiento dinámico alto en gigantescos robots con patas de rueda (>200 kg). Se desarrolló un prototipo con una alta relación de fuerza a peso integrando una microp bomba, un acumulador de resorte en miniatura y un cilindro micro-simétrico. El prototipo logra una gran fuerza de salida de más de 9400 N y una alta relación de fuerza a peso de más de 2518 N/kg. En comparación con los robots existentes basados en EHA, tiene una mayor relación de fuerza a peso y puede soportar cargas más grandes. Se presentó un modelo detallado de EHA y se diseñaron controladores basados en control por modo deslizante y métodos PID para controlar la posición de salida y la fuerza del pistón. La precisión del modelo se mejora al identificar parámetros inciertos como el coeficiente de fricción y el coeficiente de fuga. Finalmente, se llevaron a cabo simulaciones y experimentos. Los resultados verificaron la rápida respuesta del control de fuerza (respuesta escalonada dentro de 50 ms, frecuencia de control de seguimiento de fuerza de aproximadamente 6.7 Hz) y el buen potencial del EHA desarrollado para futuros grandes robots con patas de rueda.
Descripción
El robot con patas de rueda combina las funciones de vehículos con ruedas y robots con patas: alta velocidad y alta capacidad de paso. Sin embargo, el rendimiento limitado de los actuadores de junta existentes siempre ha sido el cuello de botella en las aplicaciones reales de grandes robots con patas de rueda. Este artículo propone un actuador electrohidrostático (EHA) altamente integrado para permitir un rendimiento dinámico alto en gigantescos robots con patas de rueda (>200 kg). Se desarrolló un prototipo con una alta relación de fuerza a peso integrando una microp bomba, un acumulador de resorte en miniatura y un cilindro micro-simétrico. El prototipo logra una gran fuerza de salida de más de 9400 N y una alta relación de fuerza a peso de más de 2518 N/kg. En comparación con los robots existentes basados en EHA, tiene una mayor relación de fuerza a peso y puede soportar cargas más grandes. Se presentó un modelo detallado de EHA y se diseñaron controladores basados en control por modo deslizante y métodos PID para controlar la posición de salida y la fuerza del pistón. La precisión del modelo se mejora al identificar parámetros inciertos como el coeficiente de fricción y el coeficiente de fuga. Finalmente, se llevaron a cabo simulaciones y experimentos. Los resultados verificaron la rápida respuesta del control de fuerza (respuesta escalonada dentro de 50 ms, frecuencia de control de seguimiento de fuerza de aproximadamente 6.7 Hz) y el buen potencial del EHA desarrollado para futuros grandes robots con patas de rueda.