本文提出了一种新的优化集成一个紧凑的减速器,具体设计绝对位置传感器无刷直流电机和磁高扭矩每卷要求应用程序。gydF4y2Ba

紧凑的机械电子驱动机器人应用程序gydF4y2Ba

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05/28/19,07:57 |gydF4y2Ba移动机器人gydF4y2Ba|gydF4y2Ba外骨骼gydF4y2Ba,gydF4y2Ba个人和娱乐gydF4y2Ba

即执行机构为残疾人及其特异性gydF4y2Ba

新兴领域的机器人技术,动力外骨骼新的解决方案,使截瘫的半岛app官网人走了。gydF4y2Ba

图1所示。从Rehassist TWIICE viewSome前面gydF4y2Ba

规格的外骨骼致动器是常见的其他机器人应用程序像密实度,活性高扭矩——100海里最大,直径非常小——不到100毫米-一个简单的集成。其他需要更具体的对残疾人的帮助,作为参考[1]和[2]中解释:gydF4y2Ba

•小长度——残疾人用户仍然需要援助的双臂,所以执行机构必须尽可能薄,以免干扰拐杖运动- 60毫米最大。gydF4y2Ba

•高倾斜力矩-加载不能被视为一个纯粹的扭矩在转动轴上,残疾人行走时没有完全平衡的方式倾斜力矩可以达到值高达100海里的主动力矩,并与常见的工业传动装置或还原剂额外轴承无法集成。gydF4y2Ba

•可逆性需要初始化阶段或临时存储,或允许缺陷管理。gydF4y2Ba

•阅读输出的位置在权力允许残疾人容易建立外骨骼在预定的位置。gydF4y2Ba

•质量——任何额外的质量将是一个为残疾人负担,1.5公斤的目标是固定一个执行机构。gydF4y2Ba

二世。电机设计gydF4y2Ba

一般机器人的要求,无刷电机的选择标准是:低齿槽半岛app官网定位转矩、高转矩密度和低惯性。最后这两个参数可以被视为矛盾的扭矩必须优化增加马达磁铁的作用半径,因此增加转子惯性。这些标准添加特定需要低调电动机,包括线圈和转子的相对较大的内径允许的特定集成减速器。gydF4y2Ba

图2。12卷无刷直流电机的例子gydF4y2Ba

选择离线绕组是更高的性能和机械之间的妥协简单性和鲁棒性,但在测量扭矩的损失是完全可以接受的。多亏了直齿显示较低的饱和行为,我们观察只能减少5%的扭矩与电流斜率测量最大操作扭矩的无刷直流电机- 3海里,即使使用非常普遍的定子铁芯硅钢材料。电机的体积推断基于热从最典型的频宽比静态测量和(通常它对应于残疾人爬楼梯时)。gydF4y2Ba

三世。减速器的设计gydF4y2Ba

减速机的目的是开发一个高活跃的扭矩在最紧凑的体积。外摆线齿轮减速器太笨重的使用在这个应用程序中由于需要较高的阶段获得齿轮传动比优于40效率是敏感阶段[3]。除了减速器系统必须达到一个高减速比只有一个阶段。最后,研究了齿轮传动比的当日,作为折衷所需力矩电动机和减速器最大速度。整个减速机系统与有限元分析验证。gydF4y2Ba

四、传感器gydF4y2Ba

这些应用程序的一个特定的请求是一个绝对的需要打开外骨骼传感器,和双检查电动机减刑。正常的程序是删除的外骨骼包并启动初始化允许系统在越来越多的形状,起始位置是未知的。常用的编码器,不足为这个阶段关机位置可以机械地修改系统的可逆性。我们的建议是一个新的磁传感器,具有一些特定的集成特性中描述在下一章的更多细节。gydF4y2Ba

图3。MMT传感器设计线性运动,不断旋转磁化。gydF4y2Ba

传感器是基于磁场方向测量导致更简单的设计,只基于一个偏振磁铁角或线性位移在大厅前的筹码。角位置传感器,设计师可以简单地选择一个明晰end-of-shaft配置从一个工具箱,但当机械约束阻止这样一个集成,例如由于空心轴配置,一个离轴角测量也是可能的,使用1-pole或2-pole磁铁瓷砖。gydF4y2Ba

然而,使用这些标准的方法是有限的,由于缺乏灵活性的机械一体化。这样的一个例子是被推到在大中型空气间隙传感器集成电路和动磁以达到所需标准的准确性,同时保持传感器对probe-to-magnet健壮的距离变化。这样的机械约束导致需要使用强大的铁磁体以确保操作和/或在这些大型probe-to-magnet距离。换句话说,标准的方法可能遭受缺乏密实度,可怜的集成。评估当前和未来的机器人的位置传感器要求行业显示了需要一个先进的位置传感器技术具有以下主要特点:gydF4y2Ba

•传感器必须涵盖范围广泛的短长期机械中风(几度到360°)gydF4y2Ba

•它必须有能力操作从小型到大型机械间隙(2毫米至10毫米)gydF4y2Ba

•对机械公差应该是健壮的。gydF4y2Ba

•应该免疫对典型磁扰动(>±12.5 G)。gydF4y2Ba

•集成应该很容易和多才多艺。gydF4y2Ba

•最后,成本应该是可以接受的。gydF4y2Ba

这些要求和标准的设计方法的内在问题考虑在内,MMT开发了一个独特的magnetosensitive位置传感器技术基于移动磁铁与一个特定的磁化和直接角IC可采用霍尔或磁阻探针(图8)。gydF4y2Ba

该多频段微型收发器传感器原理是基于一个不断旋转磁化,类似·连续·哈尔巴赫数组。在磁铁磁化矢量的方向不同以及中风的方向以一种非常线性的方式根据磁体饱和而其振幅保持不变。这样一个磁化模式本质上的magneto-sensitive集成电路将检测磁性元件正弦即使对于小型probe-to-magnet距离。因此意味着一个线性磁角变化沿着机械中风。例如旋转传感器的机械行程80°可以总磁角变化330°无法达到与传统磁角度测量传感器。最后,磁铁的旋转磁化体积集中磁通密度的磁传感器芯片,标准设计相反,通量密度在哪里弱因为它是分布在两面(图5)。这允许定制的位置传感器优化通过裁员磁铁,或提高其鲁棒性与外部磁流浪字段或其对其他磁致动器的机械零件。gydF4y2Ba

图4。先进的角通量线磁传感器gydF4y2Ba

图5。MM113通量线gydF4y2Ba

此外,传感器不能被认为是唯一的致动器,因为它面临着多种风险污染,说相声,来自其他来源的磁通量gydF4y2Ba

•的电动机转子磁体gydF4y2Ba

•对电机换向转子磁编码器gydF4y2Ba

•和定子的线圈gydF4y2Ba

相比之下,转子磁编码器必须从生成的通量绝对屏蔽传感器。通常很容易解决绝对以来致动器传感器位于靠近输出端,相反的运动,在一个独立的PCB。但这组装生成未使用的卷和多个线连接。gydF4y2Ba

诉一般集成gydF4y2Ba

这种集成高挑战的特异性的密实度是部分定位减速器内自由电动机转子的直径,和绝对定位传感器磁铁的方式我们可以测量磁场使用一个独特的PCB(也用于电动机的转子位置确定和相连接)。gydF4y2Ba

图6。从PCB exosqueletton致动器,视图gydF4y2Ba

因此整个系统可以配备一个独特的PCB,完成电机相连接,转子角位置测量与霍尔探头作为艺术开始刷马达。gydF4y2Ba

独特的PCB和较低的连接数量的趋势来自MMT的汽车背景。gydF4y2Ba

VI。gydF4y2Ba

现在比较可以第一个外骨骼原型和新系统。一个比较好的参数可以使用的能源无刷直流电机线圈生成所需的转矩,而且负面加热这些线圈焦耳的损失。转矩之间的联系和焦耳力量通常被命名为电机常数公里,在牛顿米瓦特的平方根,线圈绕组选择的有用特征独立或驱动电压规格。gydF4y2Ba

第一个外骨骼如图1所示的同事无刷直流电机的转矩常数58 mnm /√W,皮带(齿轮传动比1:1.4)和应变波减速器齿轮传动比(= 1:10 0)。这个系统是非常有效的禁用用户约60公斤,并提供了一批大转矩的数据,速度和热行为。gydF4y2Ba

新系统的优点是明显的与理论计算完成时100公斤用户和相同的测试路径。采取相同的机械效率为70%的两个异径接头我们生成曲线后失去了能量在电动机线圈给定用户的步骤。gydF4y2Ba

然后模拟完成了新系统是基于1齿轮传动比和一个无刷直流电机216公里= mnm /√W。gydF4y2Ba

图7。焦耳损失与当前系统测量齿轮传动比1:140和60公斤的用户(较低的曲线),用100公斤计算用户(上曲线)和当前的外骨骼,和同样的动作新的驱动器和一个100公斤的残疾人(中心曲线)。gydF4y2Ba

新致动器使用一个较低的能量比第一个外骨骼装置相同规格的100公斤的用户,近一半,由于其较大的电机体积在新的执行额外的焦耳损失将很容易消散。gydF4y2Ba

七世。结论gydF4y2Ba

这个紧凑的致动器将帮助残疾人也可以用于任何领域的机器人密实度,机械的需求和高鲁棒性是必要的。半岛app官网期间的目标达成了300 nm / dcm3原型测量。八世。MMT动磁技术(MMT)建立一个成功的故事已经超过25年基于其独特的专业知识在发展创新的电磁解决方案领域的位置传感器,直接驱动执行器和电动机为高端机电整合应用。自1995年以来,MMT Sonceboz集团的一部分。gydF4y2Ba

今天MMT有大约45名员工包括30多名博士和工程师专注于创新的电磁方案的发展。我们的团队擅长运用最新的有限元分析软件工具磁模拟和动态建模。我们也有原型和测试功能验证我们的发展。一个电子工程师团队开发必要的硬件和软件来驱动我们的汽车和执行机构。MMT求被公认为全球领导人和重要合作伙伴在电磁学领域应用于机电一体化。我们的活动是基于三个主要支柱:研发、工程和许可。我们的研发专家的目标是创新电磁技术的发展:我们认为到目前为止,200个有效专利和3 - 5每年新专利申请。这包括与著名大学和高水平的技术机构的合作。gydF4y2Ba

承认gydF4y2Ba

作者要感谢的gydF4y2BaRehassistgydF4y2Ba鲍教授,尤其是在这个项目的支持。gydF4y2Ba

引用gydF4y2Ba

[1],辅助神经步态障碍患者的下肢外骨骼,a . Ortlieb r·波特·m·鲍h . Bleuler, Int。会议康复机器人,伦敦,2017年半岛app官网gydF4y2Ba

[2]•TWIICE——一个轻量级完全截瘫患者下肢外骨骼,t . Vouga r·波特j . Fasola m·鲍h . Bleuler, Int。会议康复机器人,伦敦,2017年半岛app官网gydF4y2Ba

[3]湄萨尔加多,J.M. del Castillo”传动比和效率的分析范围的四、五年,和six-link行星齿轮火车”机制和机器理论73 (2014)218 - 243。gydF4y2Ba

[4]铜梁刘勾勒,痣你,Peixiang Wang Binjiu杨Lei Liu“Heat-Structure耦合分析的谐波传动在不同热负荷”国际期刊的控制和自动化Vol.8 pp.201 (2015) 11 - 210。gydF4y2Ba

[5]B。丰盛,R。Maiti”,压力角的影响初始牙齿接触模式在传统谐波传动”国际齿轮会议(2018)第1卷,478 - 487。gydF4y2Ba

内容与本文作者的意见,不一定代表RoboticsTomorrow的观点半岛app官网gydF4y2Ba

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