四足机器人液压驱动系统设计与控制研究

发布时间：2017-10-07 20:39

  本文关键词：四足机器人液压驱动系统设计与控制研究

  更多相关文章： 高性能四足机器人 液压系统设计 阀-缸单元建模 系统辨识 模糊PID 四足机器人实验

【摘要】：四足机器人以其离散的地面支撑方式在众多领域中显现出广阔的应用前景，高负载能力、高动态响应和高环境适应性是其走向现实的基础，也是当前移动机器人领域的研究热点。足式机器人液压系统设计与控制方法是高性能四足机器人的基础技术。液压驱动凭借出力大、高功率密度比、抗冲击等优点成为保证高性能四足机器人实现高速和大负载运动性能的主要驱动方式，然而液压系统的设计和伺服控制方法是这类机器人的关键共性问题之一。 本文针对高性能四足机器人驱动系统的需求，对四足机器人液压系统的设计、阀-缸单元数学模型的推导与辨识、电液位置伺服控制方法等方面展开了相关研究。 分析四足机器人复杂运动工况，确定了机器人的复杂运动对液压系统的需求，由此计算液压系统的关键参数，完成液压系统方案设计、关键液压元器件的选型计算、液压部件布局及系统集成。 对阀控非对称液压缸单元的死区特性进行了研究，推导了阀控非对称液压缸正反运动数学模型。搭建单缸实验平台并进行了死区补偿和阀-缸单元数学模型辨识实验。 针对液压系统的时滞、强非线性、时变负载等特点，采用PID算法和模糊控制算法，设计了模糊PID控制器，并将该控制器用于实现液压缸阶跃、正弦和三角波位置信号跟踪。 以NI-PXI为控制核心，采用LabVIEW软件，构建了四足机器人控制实验系统，进行了单腿末端轨迹跟踪、单腿竖直跳跃、整机上下起蹲、整机单足步态等实验。实验结果表明，所设计的液压系统和控制算法能够满足四足机器人运动要求。 本文的成果为高性能液压驱动单元设计和控制提供了一个完整的思路，并有望推广至野外四足机器人，，具有潜在的应用价值。
【关键词】：高性能四足机器人 液压系统设计 阀-缸单元建模 系统辨识 模糊PID 四足机器人实验
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP242;TH137
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 课题来源9
• 1.2 课题的背景和意义9-10
• 1.3 国内外研究现状10-16
• 1.4 本文的主要研究内容16-18
• 2 四足机器人液压系统设计18-33
• 2.1 四足机器人机械结构18-19
• 2.2 四足机器人工况分析19-27
• 2.3 液压系统方案设计及元件选型27-31
• 2.4 液压系统集成及布局31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 3 阀控非对称缸特性分析及数学模型推导33-43
• 3.1 阀控非对称缸特性分析33-34
• 3.2 阀控非对称缸数学模型推导34-38
• 3.3 阀控非对称缸传递函数辨识38-39
• 3.4 单缸实验平台及实验验证39-42
• 3.5 本章小结42-43
• 4 基于模糊 PID 的电液位置伺服控制43-55
• 4.1 模糊 PID 概述43-46
• 4.2 模糊 PID 控制器设计46-51
• 4.3 典型曲线跟踪效果51-54
• 4.4 本章小结54-55
• 5 四足机器人实验平台搭建及实验验证55-71
• 5.1 四足机器人实验平台55-56
• 5.2 实验平台硬件系统设计56-59
• 5.3 实验平台软件系统设计59-64
• 5.4 单腿实验及结果分析64-67
• 5.5 整机实验及结果分析67-70
• 5.6 本章小结70-71
• 6 全文总结与研究展望71-73
• 6.1 全文总结71
• 6.2 研究展望71-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-78
• 附录 1 攻读硕士学位期间所取得的学术成果78

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