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基于液压驱动的轮履复合式变形轮设计
汇报人：
2024-01-14
目录
引言
液压驱动系统设计
轮履复合式变形轮结构设计
基于AMESim的液压系统建模与仿真
控制系统硬件选型与软件开发
实验验证与性能评估
01
引言
本课题将针对基于液压驱动的轮履复合式变形轮设计展开深入研究，包括行走机构设计、液压系统设计、控制系统设计等方面。
研究内容
本课题将采用理论分析、仿真验证和实验验证相结合的方法进行研究。首先建立轮履复合式变形轮的数学模型，进行理论分析和仿真验证；然后搭建实验平台，进行实际行走实验验证。
研究方法
02
液压驱动系统设计
液压泵
将机械能转换为液压能，提供动力源。
液压阀
控制液压油的流向、压力和流量，实现系统的各种功能。
液压马达
将液压能转换为机械能，驱动车轮旋转。
液压油
传递动力和信号，润滑和冷却系统。
液压缸
实现车轮的伸缩变形。
工作原理
通过液压泵将液压油加压，经液压阀控制流向和流量，驱动液压马达和液压缸工作，实现车轮的旋转和变形。
液压泵选型
根据系统压力和流量需求，选择合适的液压泵类型和规格。
方向控制阀
压力控制阀
流量控制阀
配置方案
01
02
03
04
控制液压油的流向，实现车轮的正反转和停止。
控制系统的压力，保证系统的稳定性和安全性。
控制液压油的流量，实现车轮的伸缩变形速度调节。
根据系统需求和性能要求，选择合适的液压阀类型和规格，并进行合理的配置和布局。
控制策略设计
硬件设计
软件设计
实现方法
根据车轮变形和行驶需求，设计合适的控制策略，如PID控制、模糊控制等。
编写控制程序，实现控制策略和各种功能。
选择合适的控制器、传感器和执行器等硬件设备，构建控制系统。
通过仿真和实验手段，验证控制系统的可行性和有效性，不断优化和完善设计方案。
03
轮履复合式变形轮结构设计
根据设计需求，确定变形轮的整体结构布局，包括轮胎、履带、驱动系统、控制系统等部分的配置和安装方式。
采用模块化设计思想，将变形轮划分为多个功能模块，便于设计、制造和维修。
模块化设计
总体布局
连接方式选择
分析比较各种轮胎与履带连接方式的优缺点，选择适合本设计的连接方式，如链轮传动、齿轮传动等。
连接结构设计
设计合理的连接结构，确保轮胎与履带在变形过程中的稳定性和可靠性。
识别变形轮中的关键零部件，如轴承、齿轮、链轮等。
关键零部件识别
对关键零部件进行强度校核，确保其满足使用要求，包括静强度、疲劳强度等方面。
强度校核
针对强度校核结果，对关键零部件进行结构优化，提高其强度和寿命。
结构优化
利用三维建模软件建立变形轮的三维模型，包括各零部件的详细结构和装配关系。
三维建模
采用有限元分析等方法对变形轮进行仿真分析，研究其在不同工况下的性能表现，如承载能力、变形能力、稳定性等。
仿真分析
04
基于AMESim的液压系统建模与仿真
AMESim软件概述
AMESim是一款高级建模与仿真软件，专门用于复杂液压、气动和热力学系统的设计与分析。
建模流程
在AMESim中，建模流程通常包括系统草图设计、元件库选择、参数设置、连接线路以及仿真运行等步骤。
VS
通过AMESim的仿真功能，可以得到液压系统的压力、流量、温度等关键参数的动态响应曲线。
结果分析
根据仿真结果，可以分析液压系统的性能特点，如稳定性、响应速度、效率等。
仿真结果展示
针对仿真结果中暴露出的问题，可以从系统结构、元件参数、控制策略等方面进行优化。
例如，可以通过增加蓄能器来提高系统稳定性，或者通过优化阀的开口度来提高系统效率。
模型优化方向
优化建议
05
控制系统硬件选型与软件开发
选用高性能微处理器或DSP芯片，具备高速运算能力和丰富的外设接口，满足实时控制需求。
主控制器
电源模块
通信模块
设计稳定的电源电路，为控制器及各传感器提供稳定的工作电压。
采用CAN总线或EtherCAT等通信协议，实现控制器与上位机、传感器等设备的数据传输。
03
02
01
选用高精度旋转变压器或编码器，安装在变形轮关节处，实时监测关节角度变化。
角度传感器
选用高精度压力传感器，安装在液压缸进出口处，实时监测液压缸压力变化。
压力传感器
选用高性能伺服电机及驱动器，安装在变形轮驱动轴上，实现变形轮旋转和行走功能。
电机与驱动器
03
数据处理
对传感器采集的数据进行滤波、融合等处理，提高数据准确性和可靠性。
01
控制策略
采用基于模型的控制策略，结合传感器反馈信息，实现变形轮的精确控制。
02
控制算法
设计PID控制算法、模糊控制算法等，根据实际需求选择合适的控制算法，提高系统控制精度和稳定性。
选用VisualStudio等集成开发环境，编写上位机软件。
开发环境
设计友好的人机交互界面，方便用户操作和监控。
界面设计
实现上位机与控制
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