一种旋转型弹性驱动器设计及动力学性能仿真分析

王才东; 王翊臣; 朱建新; 胡亚凯; 刘晓丽; 董祥升; 王新杰

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2023.05.008

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一种旋转型弹性驱动器设计及动力学性能仿真分析

设计计算 | 更新时间：2023-08-14

- 一种旋转型弹性驱动器设计及动力学性能仿真分析
- Design and Dynamics Performance Simulation Analysis of a New Series Elastic Actuator
- 机械传动 2023年47卷第5期页码：45-50
- 作者机构：
  
  1.郑州轻工业大学机电工程学院，河南郑州 450001
  2.河南中烟工业有限责任公司安阳卷烟厂，河南安阳 455000
- 作者简介：
  
  王才东（1983— ），男，河南郑州人，博士，教授，硕士生导师；研究方向为机器人技术；wangcaidong@163.com。
- 基金信息：
  
  河南省科技攻关项目(212102210067┫河南省高校科技创新人才支持计划项目┣22HASTIT023)
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2023.05.008
  中图分类号：
- 纸质出版日期：2023-05-15，
  
  收稿日期：2022-04-05，
  
  修回日期：2022-05-10，
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王才东,王翊臣,朱建新等.一种旋转型弹性驱动器设计及动力学性能仿真分析[J].机械传动,2023,47(05):45-50.

Wang Caidong,Wang Yichen,Zhu Jianxin,et al.Design and Dynamics Performance Simulation Analysis of a New Series Elastic Actuator[J].Journal of Mechanical Transmission,2023,47(05):45-50.
王才东,王翊臣,朱建新等.一种旋转型弹性驱动器设计及动力学性能仿真分析[J].机械传动,2023,47(05):45-50. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.05.008.

Wang Caidong,Wang Yichen,Zhu Jianxin,et al.Design and Dynamics Performance Simulation Analysis of a New Series Elastic Actuator[J].Journal of Mechanical Transmission,2023,47(05):45-50. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.05.008.

摘要

为提高柔性机器人的运动性能，设计了一种基于弧形螺旋弹簧的旋转型串联弹性驱动器，采用多级回转轴承组合结构，将刚度不同的弹簧内外双层串联，实现关节的大范围柔性输出。建立弹性驱动器动力学模型，采用反演控制方法，设计了弹性驱动器柔性关节控制器；采用Matlab和Adams软件进行联合仿真，对外力干扰下柔性关节的动力学性能进行了仿真分析。结果表明，控制器能够克服干扰力使柔性关节在0.59 s内恢复平衡状态，验证了所设计弹性驱动器结构和控制规律的有效性。

Abstract

In order to improve the motion performance of compliant robots

a rotary series elastic actuator (SEA) based on arc helical springs is designed. The proposed SEA can be used to provide a wide range of flexible torsion by the combination of multi-stage rotary structures. The inner and outer double layers of springs with different stiffness are connected in series. The dynamic model of the flexible joint with the proposed SEA is established. The control law for the flexible joint is derived by the backstepping algorithm. To validate the effectiveness of the proposed SEA and the control law

the dynamic performance of the flexible joint with interference torques is simulated by Matlab and Adams. The results show that the controller can overcome the interference force and restore the balance state of the flexible joint within 0.59 s，which verifies the effectiveness of the designed elastic actuator structure and control law.

关键词

柔性机器人弹性驱动器动力学性能反演控制

Keywords

Compliant robotSeries elastic actuatorDynamics performanceBackstepping control

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