文档名：机器人关节电机转矩动态特性研究
摘要：在高速奔跑等极端工况下,足式机器人的机动性会明显受到关节电机的转矩输出范围及动态特性的影响.为了研究电机转矩输出对机器人高速奔跑的影响机制,首先分析并简化了采用d轴电压优先与反馈抑制抗饱和的PI式控制器的电机系统模型和转矩输出特性,在此基础上将电机系统模型与机器人刚体动力学系统进行联合仿真,比较了足式机器人在高速奔跑工况下电机转矩输出特性对关节转矩、速度、角度的影响.结果表明,当电机动态特性的电流响应带宽高于50Hz时,关节速度几乎不受带宽影响;但转矩输出范围的减小会对机器人的奔跑速度和稳定性产生较大影响,实验中测得的关节电机转矩变化与受电压限制造成的静态转矩输出范围变化相一致.得到的联合仿真系统能够为机器人关节电机与控制器设备的选型和机器人运动控制算法从仿真到实物的迁移提供支撑.
Abstract：Inextremeworkingconditionssuchashigh-speedrunning,themaneuverabilityoftheleggedrobotsissignificantlyaffectedbythetorqueoutputrangeanddynamiccharacteristicsofthejointmotors.Inordertostudytheinfluencemechanismofthemotortorqueoutputonhigh-speedrunningoftherobot,themotorsystemmodelandtorqueoutputcharacteristicsofthePIcontrollerusingd-axisvoltagepriorityandbackcalculationanti-windupwereanalyzedandsimplified.Then,ajointsimulationofthemotorsys-temmodelandtherobotrigidbodydynamicssystemwasconductedtocomparetheimpactofmotortorqueoutputcharacteristicsonjointtorque,speedandangleunderhigh-speedrunningconditionsofaleggedro-bot.Theresultsshowthatwhenthecurrentresponsebandwidthofthemotor'sdynamiccharacteristicsishigherthan50Hz,thejointspeedisalmostunaffectedbythebandwidth;however,thereductionoftorqueoutputrangehasasignificantimpactontherunningspeedandstabilityoftherobot.Themeasuredjointmotortorquechangesintheexperimentareconsistentwiththestatictorqueoutputrangechangescausedbyvoltagelimitations.Thesimulationsystemcanprovideguidancefortheselectionofrobotjointmotorsandcontrollersandthemigrationofrobotmotioncontrolalgorithmsfromsimulationtophysicalworld.
作者：何伟严 马吉恩 王宏涛 许博文 方攸同 Author：HEWeiyan MAJien WANGHongtao XUBowen FANGYoutong
作者单位：浙江大学流体动力基础件与机电系统全国重点实验室,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027浙江大学交叉力学中心,浙江杭州310027浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027
刊名：电机与控制学报 ISTICEIPKU
Journal：ElectricMachinesandControl
年，卷(期)：2023, 27(12)
分类号：TM351TP242.3
关键词：足式机器人 关节电机 永磁同步电机 转矩动态特性 PI式控制器 抗饱和 静态输出范围
Keywords：leggedrobot jointmotor permanentsynchronousmotor torquedynamiccharacteristics PIcontroller anti-windup staticoutputrange
机标分类号：TP242U461.6TP391
在线出版日期：2024年1月20日
基金项目：国家自然科学基金，流体动力基础件与机电系统全国重点实验室自主课题机器人关节电机转矩动态特性研究[
期刊论文] 电机与控制学报--2023, 27(12)何伟严 马吉恩 王宏涛 许博文 方攸同在高速奔跑等极端工况下,足式机器人的机动性会明显受到关节电机的转矩输出范围及动态特性的影响.为了研究电机转矩输出对机器人高速奔跑的影响机制,首先分析并简化了采用d轴电压优先与反馈抑制抗饱和的PI式控制器的电机...参考文献和引证文献
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