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工业机器人关节传动系统机电耦合振动特性分析

仪凌霄 王之海 柳小勤 赖泽浪

仪凌霄, 王之海, 柳小勤, 赖泽浪. 工业机器人关节传动系统机电耦合振动特性分析[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(7): 1009-1017. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200407
引用本文: 仪凌霄, 王之海, 柳小勤, 赖泽浪. 工业机器人关节传动系统机电耦合振动特性分析[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(7): 1009-1017. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200407
YI Lingxiao, WANG Zhihai, LIU Xiaoqin, LAI Zelang. Analysis on Electromechanical Coupling Vibration Characteristics of Industrial Robot Joint Drive System[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(7): 1009-1017. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200407
Citation: YI Lingxiao, WANG Zhihai, LIU Xiaoqin, LAI Zelang. Analysis on Electromechanical Coupling Vibration Characteristics of Industrial Robot Joint Drive System[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(7): 1009-1017. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200407

工业机器人关节传动系统机电耦合振动特性分析

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200407
基金项目: 

国家重点研发计划 2018YFB1306103

云南省教育厅科学研究基金项目 2018JS025

详细信息
    作者简介:

    仪凌霄(1995-), 硕士研究生, 研究方向为工业机器人关节机电耦合振动特性, 972603347@qq.com

    通讯作者:

    王之海, 副教授, 硕士生导师, wzh@kust.edu.cn

  • 中图分类号: TH113

Analysis on Electromechanical Coupling Vibration Characteristics of Industrial Robot Joint Drive System

  • 摘要: 在工业机器人常规作业中, 由于关节处存在扭转振动和转矩脉动的现象, 使机器人关节传动系统的末端精度和响应速度受到了严重的影响。因此, 针对关节伺服传动系统的振动问题, 本文首先建立了关节传动系统机电耦合动力学模型, 并对系统的扭转振动与机电耦合振动进行分析。随后开展传动刚度、转动惯量等参数对系统谐振频率影响的研究, 并通过数值方法研究了磁链系数等电气参数与电流谐波频率对系统振幅与调节时间的影响, 最后分析了关节各元件对传动系统的振动影响。研究结果表明, 建立的传动机电耦合模型, 分析系统的扭振、机电耦合等振动特性可有效仿真工业机器人关节传动系统。
  • 图  1  关节系统机电耦合动力学模型

    图  2  各坐标系关系

    图  3  关节系统机电耦合模型

    图  4  关节系统双惯量模型

    图  5  系统伯德图

    图  6  系统零极点图

    图  7  影响谐振频率的参数图

    图  8  刚度与谐振频率关系图

    图  9  惯量比R与谐振频率关系图

    图  10  不同刚度电机-负载转速差波形图

    图  11  不同负载转动惯量电机-负载转速差波形图

    图  12  关节传动系统机电耦合仿真模型

    图  13  电流响应

    图  14  电磁转矩

    图  15  电流谐波含量

    图  16  磁链系数对关节传动系统振动的影响

    图  17  减速机角加速度时、频分析

    图  18  联轴器扭矩时、频分析

    图  19  负载角加速度时、频分析

    表  1  系统主要参数

    参数名 参数值 参数名 参数值
    极对数 Pn=4 开关频率 fpwm=10 kHz
    定子电感 Lq=12 mH 采样周期 TS=10 μs
    定子电阻 R=0.958 Ω 参考转速 Nref=1 000 r/min
    磁链 φf=0.1827 Wb 减速机转动惯量 Jm=0.012 5 kg·m2
    电机转动惯量 Je=0.01 kg·m2 轴系刚度 K=2 000 N·m/rad
    阻尼系数 B=0.008 N·m·s 负载转动惯量 JL=0.08 kg·m2
    直流侧电压 Udc=311 V 轴系阻尼 C=0.02 N·m/rad
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  • 收稿日期:  2020-09-11
  • 刊出日期:  2022-07-25

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