具有张力反馈和关节位置全闭环的挠性驱动单元性能测试.pdf

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1、第52卷第11期机械工程学报Vol.52No.112016年6月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGJun.2016DOI：10.3901/JME.2016.11.011具有张力反馈和关节位置全闭环的*挠性驱动单元性能测试侯月阳吴伟国(哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001)摘要：对于仿人机器人，关节采用挠性驱动方式可吸收振动，减缓冲击，以减小对双足步行的影响。为此，设计并研制FDU-II型挠性驱动单元，与FDU-I型挠性驱动单元相比，具有轻量化、有安全保护、锁紧器使用方便、刚度高、输出精

2、度高等优点；分别进行FDU-II型挠性驱动单元的转速测试、驱动能力测试、大转角频繁往复运动测试、频响测试、机器人步行样本测试等性能测试及用于双足机器人上的步行测试试验；针对等幅值下，频率越高电动机转速越大，机械系统受电动机额定功率所限无法测出其截止频率的问题，提出一种变幅值变频率的频响测试方法，即令电动机转动频率越高时，幅值越小，保证电动机始终不超过额定功率，该方法可有效解决电动机额定功率一定情况下系统截止频率的测试问题；测试结果表明FDU-II型挠性驱动单元在负载力矩12.6N·m时，其输出转速达到77.5º/s，且

3、频响达到6.1Hz，表明FDU-II比FDU-I有更高带宽及更大功率；步行试验结果表明FDU-II型挠性驱动单元有足够的驱动能力驱动双足机器人髋关节等关节，并实现稳定的双足步行。关键词：挠性驱动单元；绳驱动；驱动能力测试；频响测试；双足步行机器人中图分类号：TP242PerformanceTestingofFlexibleDriveUnitwithTensionFeedbackandPositionClosedLoopofJointHOUYueyangWUWeiguo(SchoolofMechatronicsEngin

4、eering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001)Abstract：Forthehumanoidrobots,therobotjointflexibleactuatorscanabsorbexternalshocksinordertoguaranteethestablebipedwalking.Forthis,theflexibledrivingunitFDU-IIhasbeendesignedanddeveloped,whichhastheadvantagesofligh

5、terweight,jointpositionlimitprotection,convenientlockingmechanism,higherstiffnessandhigheroutputaccuracycomparedtotheflexibledrivingunitFDU-I.TheFDU-IIistestedbythemaxspeedtest,thedrivingcapabilitytest,thebig-rangereciprocatingmotiontest,thecut-offfrequencytest,

6、thewalkingsamplecontouringtestandthebipedwalkingexperiments.Fortheproblemthatthecut-offfrequencyofthemechanicalsystemmaynotbemeasuredbecauseofthemotorratedpowerlimitationduringtheequalamplitudetest,anamplitude-adjustingfrequencyresponsetestmethodisproposedforthe

7、flexibledrivingunittest,whichdecreasesthemotionamplitudewhenthemotionfrequencyisincreased.Thismethodcaneffectivelysolvethecut-offfrequencytestingproblemunderthegivenmotorratedpowercondition.TheperformancetestresultsshowthatFDU-IIcanreachthespeedof77.5º/sandthecu

8、t-offfrequencyof6.1Hzundertheloadtorqueof12.6N·m,andhasahigherbandwidthanddrivingpowerthantheFDU-I.ThestablebipedwalkingexperimentshowsthattheFDU-IIhasenoughdrivingca