液压足式机器人单关节柔顺控制的研究

发布时间：2019-08-24 08:07

【摘要】：足式机器人行走只需离散的支撑点而具有强大的环境适应能力,这在野外探险和军事行动方面独具优势,甚至可以替代人类从事危险繁杂的工作,具有广阔的发展前景。液压驱动具有功率密度大、抗干扰能力强、响应快以及能允许有较大的冲击和过载等优点,使其可以满足足式机器人大负载、高功率密度比以及动态性能等方面的需求。足式机器人在与地面进行瞬间碰撞所产生的冲击力会影响机器人运动稳定性,严重时会破坏机器人机体和关键零部件,因此实现机器人的柔顺控制势在必行。而单纯的主动柔顺或被动柔顺均不能模拟出人或者其他动物肌肉所表现出来的柔顺性、适应性和抗冲击能力,因此本文将液压伺服单元的主动柔顺控制与串联弹性驱动器(SEA,Series elastic actuator)的被动柔顺相结合,实现大范围变阻抗和快速响应负载变化的柔顺控制功能。本文以单关节的柔顺控制为研究核心,围绕SEA与液压驱动单元相结合的单关节实验平台的设计,系统的力伺服特性的分析,单关节基于力的阻抗控制模型的建立等展开如下研究:在串联弹性驱动器(SEA)的结构基础上,结合液压驱动单元,设计单关节实验平台,并通过试验验证其结构的合理性;对阀控非对称液压缸的模型进行分析,利用油压传感器测量液压驱动单元的正反向摩擦力并进行控制补偿,建立液压驱动单元结合SEA的力伺服系统的各环节的数学模型,得到其传递函数,并建立其系统的Simulink仿真模型并进行仿真分析。通过分析阻抗控制的控制策略,建立单关节实验平台的基于力的阻抗控制模型,构建其Simulink仿真模型并进行仿真;在QNX系统的基础上,以PC104嵌入式系统为核心,搭建单关节实验平台的控制系统,给出其控制程序的软件架构,提出基于力的阻抗控制的具体算法,并绘出基于力的单关节阻抗控制的程序流程图。为研究单关节实验平台基于力的阻抗控制特性,搭建对顶实验平台,建立其基于力的阻抗控制模型及其Simulink仿真模型并开展仿真分析,提出其阻抗控制的控制算法和具体实现形式;在此基础上,在单关节实验平台上进行基于力的阻抗控制实验,通过实验验证其结构本体和控制算法的合理性。
【图文】：

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而且能抑制冲击，吸收和储存冲击能量，降低功率，更低的输出阻抗，具有类似生物肌肉的力学特性，化环境，使足式机器人能够获得或者接近与人类的动态特此，研究主动柔顺和串联弹性单元相结合的驱动方式具有研究现状及简析足式机器人研究现状研究人员对液压足式机器人进行了大量的研究，使其逐渐点，同时研制出了很多性能优异的液压足式机器人。，，Hyon 等人研制的液压驱动的 KenKen 系列足式机器人被公，其中 KenKen I 为单足机器人，分别拥有 2 个主被动自别由 2 个独立液压缸驱动，踝关节拥有一个串联弹簧单元平面上移动，KenKen II 则具备了两条足[13,14]。

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哈尔滨工业大学工程硕士学位论文美国的波士顿动力 Boston Dynamic 公司研制了作为军双足机器人，其高度与人体相仿，但由于采用机载油站。如图 1-2 所示，能看出其高度的集成化，且全身拥有较高，能够像人类一样行走、弯腰、匍匐，同时具有良干扰下能迅速恢复平衡。除此之外，模拟了人类生理学的温度和湿度[15]。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP242

【参考文献】