新型多模式弹性驱动器的弹跳性能研究

发布时间：2020-06-06 18:41

【摘要】：基于人体肌肉的仿生驱动机制,提出一种多模式弹性驱动器,采用电动机带动丝杆螺母串联弹簧,结合相应的刹车离合装置,实现驱动器不同模式的运动,并对其运动模式进行分析;建立弹性强驱动器的动力学方程,进行简谐激励下的弹跳运动研究,并进行不同负载、不同弹性系数下的弹跳运动仿真分析;进行弹性驱动器的运动性能试验研究,分别对弹性驱动器的刹车力、连续弹跳及单次跳跃进行试验,结果表明,弹性驱动器能实现有效刹车,在简谐激励下能实现良好的连续弹跳,在输入的双曲正切信号控制下,能实现良好的单次弹跳;多模式弹性驱动器研究对对深入理解仿生驱动器的运动机理提供了重要的理论基础。
【图文】：

匝楸?较及分析。多模式弹性驱动器的研究，对深入理解仿生驱动器的运动机理奠定了相关的理论基矗1弹性驱动器的机构设计设计的弹性驱动器机构包含两跟导轨、电动机、电动机支撑块、联轴器、丝杆螺母、2个刹车离合装置模块、弹簧等。电动机安装在电动机支撑座上，电动机支撑座通过直线轴承可实现在导轨上的滑动运动。电动机输出轴通过联轴器与丝杆相连，丝杆上的螺母副与刹车离合装置模块1固连，同时刹车离合装置模块1与弹簧的前端支撑座固连，弹簧的末端支撑座与刹车离合装置模块2固连，设计出的弹性驱动器实物图如图1所示。采用MaxsonRE30电动机作为动力源，通过丝杠螺母传动机构将电动机的旋转运动转化为驱动器的直线驱动。弹簧联接在动力源与负载之间，引入的弹性环节能很好地模拟人体肌肉的特性，一定程度上能自适应对外部载荷的变化。图1弹性驱动器实物弹性驱动器在实施工作过程中，，通过刹车离合装置模块实现工作模式的切换，通过弹簧的储能及释能实现节能、缓冲的目的，故在弹簧驱动器的设计中，如何设计出稳定可靠的刹车装置及设计合理的弹簧系数实现弹簧与负载系统的最优匹配是设计的重点。刹车离合装置模块结构图如图2所示，包括刹车电动机、椭圆块、刹车片1、刹车臂、刹车片2、复位弹簧。刹车电动机内置在椭圆块内，当刹车电动机旋转，带动椭圆块旋转，当椭圆块旋转至长轴位置时(图2a)，椭圆块挤压刹车片1，进而

98机械工程学报第52卷第9期期带动刹车臂挤压刹车片2，刹车片2挤压轨道，实现刹车装置模块锁紧在导轨上。当椭圆块由长轴旋转至短轴位置时(图2b)，刹车片1放松，刹车臂在复位弹簧的作用下复位，此时刹车装置模块通过直线轴承可实现在导轨上的滑动。由图2分析可知，刹车离合装置模块有两种转换模式，刹车离合装置处于状态“0”时，表示刹车离合装置滑块可以在导杆上自由滑动；刹车离合装置处于状态“1”时，表示刹车离合装置与导杆之间为刚性联接，此时刹车离合装置滑块不能在导杆上滑动。根据电动机的运行情况及刹车离合装置的开合模式，可得出弹性驱动器的工作模式表如表1所示。图2刹车离合装置模块机构图表1弹性驱动器的工作模式序号运动模式刹车离合装置1刹车离合装置2电动机正转电动机反转模式说明1自由模式0000各支撑滑块能够在导杆上自由移动0010电动机正反转，调整刹车离合装置支撑滑块在导杆上的位置00012调整模式0110刹车离合块2与导杆刚性联接，电动机正反转，驱动器为刚性输出状态0101(续)序号运动模式刹车离合装置1刹车离合装置2电动机正转电动机反转模式说明3压缩模式1010刹车离合装置支撑滑块1与导杆刚性联接，电动机反转调整弹簧压缩量机正转压缩弹簧，滚珠丝杠的输出量等于弹簧的压缩量1001电动机反转调整弹簧压缩量4储能模式1100刹车离合装置支撑滑块1、2与导杆刚性联接，弹簧被压缩后，弹性势能被储存1110弹簧处于储能状态时，电动机正反转为刚性输出状态11015释能模式0100弹簧势能被释放，刹车离合块2与导轨仍为刚性联接状态1000

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本文编号：2700098