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文档简介

仿人机器人用多路集成伺服驱动系统散热建模及优化仿人机器人的关节数量多,且内部空间狭小,所以要求驱动器在能够驱动多路电机的同时,尽量少的占用空间,且散热良好。提高机器人驱动器的散热性能,降低驱动器工作时的温度,可以提高驱动器中电子元器件的工作寿命,进而延长整个机器人系统的无故障工作时长。此外,在散热条件差时,热量会随着机器人运动时间而积累,导致整个机器人系统温度会过高,影响了机器人的连续工作时长。目前仿人机器人都受到散热问题的影响,连续工作时长较短。但是目前对于机器人驱动器散热的研究较少,且都是针对单路驱动器散热的研究,尚无对于机器人用多路集成驱动器散热的研究。根据仿人机器人的需求和特点,对机器人用多路集成驱动器的散热问题进行研究。利用传热学理论,结合驱动器系统散热时的流场特点,建立热阻模型,以计算驱动器系统在工作时的温度。由于在驱动器系统中,电路板是分层排列的,因此以驱动器系统中各层的距离参数作为设计变量,以降低驱动器系统在工作时的最高温度为优化目标,对驱动器系统的散热进行优化设计。根据优化设计的结果,在Fluent中进行建模仿真以验证优化设计的效果。经过仿真验证,证实优化设计能够有效提高驱动器系统的散热能力,使得驱动器系统的散热性能完全满足机器人的需求。由于机器人在工作时,其驱动器的热耗功率是随时间变化的,因此对热阻模型进行改进,获得了可以描述瞬态过程的热容热阻模型。在此模型的基础上,根据电机的力矩曲线,可以计算出驱动器系统中各个单路驱动器的温度曲线。根据温度曲线,将工作过程中温度高的单路驱动器布置在散热效果较好的位置,以降低驱动器系统工作时的最高温度。为“GoRoBoT-Ⅱ”型类人猿机器人设计了一款多路集成的直流伺服驱动器,并对其建立了热阻模型、进行了优化设计、完成了仿真验证,提升了驱动器的散热性能;此外,还建立了用于瞬态温度计算的

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