液压四足机器人单腿关节解耦控制及力/位切换控制研究
发布时间：2023-03-24 22:58
液压四足机器人作为冗余传动的代表,运动支链间的多自由度运动耦合给机器人多关节协调运动带来极大挑战。在机器人行进时伴随着落足时刻的地面冲击,使得机器人在进行力和位置切换时存在一定的抖动。因此,如何实现液压四足机器人腿部各关节间的解耦,以及力和位置的平顺切换是目前亟需解决的问题之一。本文以液压四足机器人的单腿为研究对象,对机器人单腿进行关节解耦控制和力/位切换控制研究。基于对液压四足机器人的腿部结构和液压伺服驱动系统的分析,采用拉格朗日方法建立机器人单腿机构的动力学模型。考虑到液压系统对机器人性能的影响,建立机器人腿部液压伺服驱动系统的模型,从而获得液压四足机器人单腿的整体模型,为机器人的解耦控制提供依据。针对液压四足机器人腿部各关节间存在的耦合问题,根据机器人腿部机构的动力学方程,推导出液压四足机器人大腿和小腿两个关节的耦合动力学关系,分析大腿和小腿加速度对关节耦合作用的影响。根据多变量解耦理论,设计PID神经网络解耦控制器和神经网络模型参考解耦控制器,并基于预测控制理论,提出基于预测的神经网络模型参考解耦控制方法,利用李雅普诺夫稳定性定理分析系统的稳定性。进行仿真和样机实验研究,将基于...
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.1.1 课题研究的背景
1.1.2 课题研究的意义
1.2 液压四足机器人的研究现状
1.2.1 液压四足机器人国外研究现状
1.2.2 液压四足机器人国内研究现状
1.3 解耦控制的研究现状
1.3.1 解耦控制国外研究现状
1.3.2 解耦控制国内研究现状
1.4 力/位切换控制的研究现状
1.4.1 力/位切换控制国外研究现状
1.4.2 力/位切换控制国内研究现状
1.5 主要研究内容
第2章 液压四足机器人腿部系统建模
2.1 引言
2.2 液压四足机器人结构分析
2.2.1 机械结构分析
2.2.2 驱动系统分析
2.3 液压四足机器人腿部数学模型建立
2.3.1 腿部动力学模型建立
2.3.2 液压伺服驱动系统模型建立
2.3.3 腿部系统整体模型建立
2.3.4 腿部系统状态方程
2.4 本章小结
第3章 液压四足机器人单腿关节解耦控制
3.1 引言
3.2 关节耦合影响分析
3.2.1 关节间的耦合关系
3.2.2 关节间的耦合度计算
3.2.3 耦合影响分析
3.3 解耦控制方案设计
3.4 单腿关节PID神经网络解耦控制器设计
3.4.1 BP神经网络控制
3.4.2 PID神经网络解耦控制器设计
3.5 单腿关节神经网络模型参考解耦控制器设计
3.5.1 模型参考自适应控制
3.5.2 神经网络模型参考解耦控制器设计
3.6 单腿关节基于预测的神经网络模型参考解耦控制器设计
3.6.1 预测控制
3.6.2 基于预测的神经网络模型参考解耦控制器设计
3.7 仿真分析
3.7.1 髋关节对膝关节的耦合影响仿真
3.7.2 膝关节对髋关节的耦合影响仿真
3.7.3 仿真结果分析
3.8 本章小结
第4章 液压四足机器人单腿关节力/位切换控制
4.1 引言
4.2 位置模型和力模型辨识
4.2.1 辨识输入激励信号设计
4.2.2 选择辨识模型
4.2.3 模型辨识过程
4.2.4 辨识模型验证
4.3 关节位置控制策略
4.3.1 速度PID控制器设计
4.3.2 速度规划算法设计
4.3.3 仿真分析
4.4 关节力控制策略
4.4.1 力控制器的整体设计
4.4.2 自抗扰控制器设计
4.4.3 负载力补偿控制器设计
4.4.4 仿真分析
4.5 关节力/位切换控制策略
4.5.1 模糊控制
4.5.2 多模型控制
4.5.3 模糊多模型切换控制器设计
4.5.4 仿真分析
4.6 本章小结
第5章 液压四足机器人单腿系统的实验研究
5.1 引言
5.2 液压四足机器人单腿实验平台结构
5.2.1 机器人单腿机械结构
5.2.2 机器人的驱动系统
5.2.3 机器人的控制系统
5.3 液压四足机器人单腿关节解耦控制实验
5.3.1 髋关节对膝关节的耦合影响实验
5.3.2 膝关节对髋关节的耦合影响实验
5.3.3 实验结果分析
5.4 液压四足机器人单腿关节力/位切换控制实验
5.4.1 关节位置控制实验
5.4.2 关节力控制实验
5.4.3 关节力/位切换控制实验
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
本文编号：3770015
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.1.1 课题研究的背景
1.1.2 课题研究的意义
1.2 液压四足机器人的研究现状
1.2.1 液压四足机器人国外研究现状
1.2.2 液压四足机器人国内研究现状
1.3 解耦控制的研究现状
1.3.1 解耦控制国外研究现状
1.3.2 解耦控制国内研究现状
1.4 力/位切换控制的研究现状
1.4.1 力/位切换控制国外研究现状
1.4.2 力/位切换控制国内研究现状
1.5 主要研究内容
第2章 液压四足机器人腿部系统建模
2.1 引言
2.2 液压四足机器人结构分析
2.2.1 机械结构分析
2.2.2 驱动系统分析
2.3 液压四足机器人腿部数学模型建立
2.3.1 腿部动力学模型建立
2.3.2 液压伺服驱动系统模型建立
2.3.3 腿部系统整体模型建立
2.3.4 腿部系统状态方程
2.4 本章小结
第3章 液压四足机器人单腿关节解耦控制
3.1 引言
3.2 关节耦合影响分析
3.2.1 关节间的耦合关系
3.2.2 关节间的耦合度计算
3.2.3 耦合影响分析
3.3 解耦控制方案设计
3.4 单腿关节PID神经网络解耦控制器设计
3.4.1 BP神经网络控制
3.4.2 PID神经网络解耦控制器设计
3.5 单腿关节神经网络模型参考解耦控制器设计
3.5.1 模型参考自适应控制
3.5.2 神经网络模型参考解耦控制器设计
3.6 单腿关节基于预测的神经网络模型参考解耦控制器设计
3.6.1 预测控制
3.6.2 基于预测的神经网络模型参考解耦控制器设计
3.7 仿真分析
3.7.1 髋关节对膝关节的耦合影响仿真
3.7.2 膝关节对髋关节的耦合影响仿真
3.7.3 仿真结果分析
3.8 本章小结
第4章 液压四足机器人单腿关节力/位切换控制
4.1 引言
4.2 位置模型和力模型辨识
4.2.1 辨识输入激励信号设计
4.2.2 选择辨识模型
4.2.3 模型辨识过程
4.2.4 辨识模型验证
4.3 关节位置控制策略
4.3.1 速度PID控制器设计
4.3.2 速度规划算法设计
4.3.3 仿真分析
4.4 关节力控制策略
4.4.1 力控制器的整体设计
4.4.2 自抗扰控制器设计
4.4.3 负载力补偿控制器设计
4.4.4 仿真分析
4.5 关节力/位切换控制策略
4.5.1 模糊控制
4.5.2 多模型控制
4.5.3 模糊多模型切换控制器设计
4.5.4 仿真分析
4.6 本章小结
第5章 液压四足机器人单腿系统的实验研究
5.1 引言
5.2 液压四足机器人单腿实验平台结构
5.2.1 机器人单腿机械结构
5.2.2 机器人的驱动系统
5.2.3 机器人的控制系统
5.3 液压四足机器人单腿关节解耦控制实验
5.3.1 髋关节对膝关节的耦合影响实验
5.3.2 膝关节对髋关节的耦合影响实验
5.3.3 实验结果分析
5.4 液压四足机器人单腿关节力/位切换控制实验
5.4.1 关节位置控制实验
5.4.2 关节力控制实验
5.4.3 关节力/位切换控制实验
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
本文编号：3770015
本文链接：https://www.wllwen.com/jixiegongchenglunwen/3770015.html
