Diseño de una articulación de robot de alta densidad de par y análisis del método de control de fuerza aplicado para un exoesqueleto ligero
Autores: Zhang, Gan; Tong, Qing; Zhang, Taixun; Tao, Jinxin; Qiu, Anjian
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Diseño de una articulación de robot de alta densidad de par y análisis del método de control de fuerza aplicado para un exoesqueleto ligero
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Aplicaciones robóticas
Articulación
Motor
Bobinado
Optimización
Exoesqueleto
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 35
Citaciones: Sin citaciones
En muchas aplicaciones robóticas, se requiere que la articulación tenga un volumen pequeño, bajo peso y alta salida de par. En este documento, basado en el análisis de elementos finitos (FEA), se diseña un motor de imán permanente montado en superficie de rotor exterior de 36 ranuras y 40 polos con devanado concentrado para el robot exoesqueleto. Se emplea el devanado concentrado de ranura fraccionaria (FSCW) para reducir la altura del devanado final, lo que mejora la portabilidad. Dado que el motor es relativamente plano, el efecto de extremo 3D es crítico para las actuaciones electromagnéticas. Se presta especial atención al efecto de extremo 3D durante la optimización multiobjetivo del motor OR-SPM. Para aumentar la salida de par de arranque, el reductor planetario se coloca entre el motor OR-SPM y la carga, y luego se lleva a cabo la optimización a nivel del sistema que abarca el motor y el reductor para lograr la mejor salida de par. Además, se propone un método de control de impedancia de fuerza con capacidad autoadaptativa de parámetros para mejorar la experiencia del usuario del robot exoesqueleto, donde los parámetros clave en el algoritmo varían según las diferentes acciones del exoesqueleto. Además, la inercia de la carga se calcula utilizando la identificación de parámetros basada en el método de mínimos cuadrados. Finalmente, se fabrica y prueba el prototipo de la articulación para validar los resultados de FEA y el método de control mencionados anteriormente. También se aborda la experiencia del usuario del robot exoesqueleto.
Descripción
En muchas aplicaciones robóticas, se requiere que la articulación tenga un volumen pequeño, bajo peso y alta salida de par. En este documento, basado en el análisis de elementos finitos (FEA), se diseña un motor de imán permanente montado en superficie de rotor exterior de 36 ranuras y 40 polos con devanado concentrado para el robot exoesqueleto. Se emplea el devanado concentrado de ranura fraccionaria (FSCW) para reducir la altura del devanado final, lo que mejora la portabilidad. Dado que el motor es relativamente plano, el efecto de extremo 3D es crítico para las actuaciones electromagnéticas. Se presta especial atención al efecto de extremo 3D durante la optimización multiobjetivo del motor OR-SPM. Para aumentar la salida de par de arranque, el reductor planetario se coloca entre el motor OR-SPM y la carga, y luego se lleva a cabo la optimización a nivel del sistema que abarca el motor y el reductor para lograr la mejor salida de par. Además, se propone un método de control de impedancia de fuerza con capacidad autoadaptativa de parámetros para mejorar la experiencia del usuario del robot exoesqueleto, donde los parámetros clave en el algoritmo varían según las diferentes acciones del exoesqueleto. Además, la inercia de la carga se calcula utilizando la identificación de parámetros basada en el método de mínimos cuadrados. Finalmente, se fabrica y prueba el prototipo de la articulación para validar los resultados de FEA y el método de control mencionados anteriormente. También se aborda la experiencia del usuario del robot exoesqueleto.