連續(xù)旋轉(zhuǎn)液壓伺服關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)優(yōu)化及性能分析.pdf

1、液壓機器人關(guān)節(jié)是液壓機器人的關(guān)鍵部件，其動態(tài)性能的優(yōu)劣直接影響到液壓機器人的控制精度。液壓轉(zhuǎn)角自伺服技術(shù)是將液壓伺服控制技術(shù)和伺服電機控制技術(shù)相結(jié)合，將電機的小功率通過液壓伺服機構(gòu)放大輸出，該技術(shù)為減小液壓關(guān)節(jié)尺寸及實現(xiàn)油道內(nèi)置奠定了理論基礎(chǔ)，現(xiàn)已成功地應(yīng)用于液壓機器人關(guān)節(jié)中。本文分析并總結(jié)了相關(guān)文獻發(fā)現(xiàn)目前液壓轉(zhuǎn)角自伺服關(guān)節(jié)中存在的不足，結(jié)合相關(guān)學(xué)科最新研究成果設(shè)計出了一種連續(xù)旋轉(zhuǎn)液壓伺服關(guān)節(jié)，并運用遺傳算法對關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了優(yōu)化

2、，在此基礎(chǔ)之上分析了進油腔、回油腔隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律。建立了關(guān)節(jié)系統(tǒng)的流量連續(xù)性方程和力矩平衡方程，進而建立了系統(tǒng)的仿真模型并研究了系統(tǒng)響應(yīng)特性，并嘗試著用PID控制器對其性能進行改善，最后從力學(xué)的角度驗證了關(guān)節(jié)的剛度和強度符合設(shè)計需求。本文所做的主要工作及結(jié)論如下：
　　(1)本文結(jié)合實際情況設(shè)計了一種連續(xù)旋轉(zhuǎn)液壓伺服關(guān)節(jié)，并給出了該關(guān)節(jié)的主要技術(shù)參數(shù)及所需達到的性能指標。
　　(2)運用遺傳算法根據(jù)所需達到的性能指標對

3、關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了優(yōu)化，獲得了馬達的結(jié)構(gòu)優(yōu)化尺寸，使得關(guān)節(jié)在滿足要求的前提下盡可能體積最小化，為其實際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
　　(3)通過分析關(guān)節(jié)進油腔、回油腔容積和雙作用葉片馬達瞬時排量隨轉(zhuǎn)子的變化規(guī)律，分別建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)表達式，發(fā)現(xiàn)了進油腔、回油腔容積和瞬時排量都呈現(xiàn)周期規(guī)律變化，并在某些點上出現(xiàn)容腔容積跳變，且進油腔和回油腔容積并非同步跳變。
　　(4)建立了關(guān)節(jié)動力學(xué)數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)該模型進行了仿真。為了進一步優(yōu)化系統(tǒng)

4、性能，加入了PID控制器，最大跟蹤誤差不超過0.018 mrad，同時對系統(tǒng)在不同外負載下的響應(yīng)特性進行了仿真，結(jié)果表明，外負載力矩越大，穩(wěn)態(tài)誤差越大，在外負載為80 N?m時，穩(wěn)態(tài)誤差為1.2 mrad，而系統(tǒng)大部分時間工作在60 N?m，因此系統(tǒng)整體上誤差比較小，能夠滿足要求。
　　(5)利用有限元分析方法對該關(guān)節(jié)的閥芯、閥套和閥體進行了有限元建模和靜力學(xué)分析，得到了它們在受載時的應(yīng)力和應(yīng)變分布規(guī)律，并得到了閥芯、閥套和閥體的