三轴正交组合线圈结构参数优化设计

来源：机械与电子杂志2023年第11期北京时间：

作者：赵子豪;张永顺;郭小熙;董海

单位：大连理工大学高性能精密制造全国重点实验室,辽宁 大连 116024

摘要：为克服现有电磁驱动球型关节各自由度间电磁耦合和力学耦合关系复杂及建模困难等难题,提出一种新型电磁变刚度球型手腕,通过万向节输出端所构成随动机构内置的径向磁化永磁体,在三轴正交组合线圈生成的空间万向旋转磁场同轴随动磁矩直接驱动下可实现侧摆、俯仰二自由度转动。针对电磁变刚度球型手腕对高集成度和高能量输出密度的实际需求,采用 2 组鞍形线圈和 1 组亥姆霍兹线圈的正交组合线圈驱动方案,建立线圈内部的磁场模型和球型手腕输出力矩模型,通过遗传算法对三轴正交组合线圈进行结构设计和参数优化。仿真结果表明,对比三轴亥姆霍兹线圈,优化后三轴正交组合线圈磁场均匀度更高,具有更高能量输出密度,结构紧凑,更满足球型手腕的需求。

关键词：三轴正交组合线圈;磁场建模;优化设计;球型手腕;磁场均匀性

基金资助：国家自然科学基金资助项目( 62173059 )