机器人用液压伺服关节非线性自适应鲁棒控制研究
发布时间：2021-08-26 05:13
液压伺服关节是组成液压机器人的基本部件,其控制响应特性直接影响机器人的动态性能。本文针对叶片摆动缸式机器人旋转伺服关节的电液伺服系统中存在的多种非线性因素以及不确定因素扰动影响的问题,为提高电液伺服系统的控制精度和鲁棒性,提出了基于常规PID控制、模糊自适应PID、反馈线性化滑模变结构控制三种控制器,并通过仿真试验对控制器的控制性能作对比分析,最后总结得出控制性能最佳的一种控制器。首先,针对液压伺服系统中常用的伺服阀、比例阀、电磁式高速开关阀进行比较与分析,得出电磁式高速开关阀的控制性能、响应特性以及抗污染能力更强,在设计系统回路时采用电磁式高速开关阀进行系统的控制,随后建立电磁式高速开关阀的仿真模型对其性能进行分析与验证,得出可用于提高其响应特性的方法。其次,分析整个阀控伺服关节的数学模型,得出其流量特性方程以及力矩平衡方程,明确伺服关节系统的预期性能指标,随后对所要应用的三种控制器进行理论与控制原理分析,之后结合伺服系统的数学模型进行控制器的设计。最后,利用Amesim与Matlab软件搭建系统的仿真模型,编写控制函数,验证控制器的性能。通过仿真对比分析得出,在理想状态即系统无干扰...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
液压机器人Fig.1.1Hydraulicrobot
沈阳工业大学硕士学位论文2波士顿公司研发设计的BigDog是液压机器人领域的先行者，如图1.2所示。BigDog机器人是在2005年被波士顿公司首次公开，随即引起了全球科研人员的关注。该机器人具有良好的适应能力，具备多个自由度，由直线液压缸驱动其进行动作，总功率达到12.5Kw。其工作可达到的最大的输出为20.68MPa，为高压输出，负责驱动工作的直线液压缸在系统油路下并联运行[7,8]。意大利技术研究院制造了名为HyQ的智能机器人，如图1.3所示，其身高达1米，由12个转矩可控的关节组成，它可完成不同姿态的行走以及跳跃动作，机器人的髓关节采用电驱动，大、小腿采用伸缩活塞杆进行伺服控制，动作运行可达4m/s，关节输出力可至3216N[9]。图1.2BigDog机器人图1.3HyQ机器人Fig.1.2BigDogrobotFig.1.3HyQrobot日本学者研发的同名液压驱动机器人[10]，如下图1.4所示，它由4个足部、12个驱动关节组成，且所有直线驱动缸都由伺服阀实现控制驱动与动力提供，该机器人可以实现加速走动，小幅跃起的动作。国内对液压机器人的研究起步稍晚，山东大学机器人研究中心设计了Scalf机器人，如图1.5所示，它由直线液压缸和叶片摆动缸作为关节，使用伺服阀作为外置控制元件，负载能力能到达120kg，直线跨越距离可达0.15m，在种类不同的地面皆可以流畅行走，例如草坪地面、冰雪地面等，具有一定的抗干扰力[11-13]。
沈阳工业大学硕士学位论文2波士顿公司研发设计的BigDog是液压机器人领域的先行者，如图1.2所示。BigDog机器人是在2005年被波士顿公司首次公开，随即引起了全球科研人员的关注。该机器人具有良好的适应能力，具备多个自由度，由直线液压缸驱动其进行动作，总功率达到12.5Kw。其工作可达到的最大的输出为20.68MPa，为高压输出，负责驱动工作的直线液压缸在系统油路下并联运行[7,8]。意大利技术研究院制造了名为HyQ的智能机器人，如图1.3所示，其身高达1米，由12个转矩可控的关节组成，它可完成不同姿态的行走以及跳跃动作，机器人的髓关节采用电驱动，大、小腿采用伸缩活塞杆进行伺服控制，动作运行可达4m/s，关节输出力可至3216N[9]。图1.2BigDog机器人图1.3HyQ机器人Fig.1.2BigDogrobotFig.1.3HyQrobot日本学者研发的同名液压驱动机器人[10]，如下图1.4所示，它由4个足部、12个驱动关节组成，且所有直线驱动缸都由伺服阀实现控制驱动与动力提供，该机器人可以实现加速走动，小幅跃起的动作。国内对液压机器人的研究起步稍晚，山东大学机器人研究中心设计了Scalf机器人，如图1.5所示，它由直线液压缸和叶片摆动缸作为关节，使用伺服阀作为外置控制元件，负载能力能到达120kg，直线跨越距离可达0.15m，在种类不同的地面皆可以流畅行走，例如草坪地面、冰雪地面等，具有一定的抗干扰力[11-13]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]音圈电机直驱高速开关阀动态特性研究[J]. 刘晓鹏,聂松林,纪辉,尹方龙,潘燚,孙有伟. 液压与气动. 2020(03)
[2]阀控非对称缸系统的反馈线性化滑模控制[J]. 郑凯锋,杨桂玲,房加志,杨克萍,乔俊. 机床与液压. 2017(05)
[3]BigDog四足机器人关键技术分析[J]. 丁良宏. 机械工程学报. 2015(07)
[4]高速开关阀及其发展趋势[J]. 姚亚妮. 山东工业技术. 2015(04)
[5]高性能液压驱动四足机器人SCalf的设计与实现[J]. 柴汇,孟健,荣学文,李贻斌. 机器人. 2014(04)
[6]电液伺服技术的发展与展望[J]. 王军政,赵江波,汪首坤. 液压与气动. 2014(05)
[7]新型旋转液压伺服关节[J]. 曾良才,胡琪,蒋林,赵慧. 华中科技大学学报(自然科学版). 2013(11)
[8]基于高速开关阀的数字式变量泵研究[J]. 岑顺锋,吴张永,王娴,王晓波,王京涛. 中国机械工程. 2012(06)
[9]浅析BigDog四足机器人[J]. 丁良宏,王润孝,冯华山,李军. 中国机械工程. 2012(05)
[10]考虑电磁特性的电磁开关阀动静态性能仿真研究[J]. 孙建彬,岑豫皖,王刚. 机电工程. 2011(10)
博士论文
[1]多关节机器人鲁棒跟踪控制策略研究[D]. 王三秀.浙江工业大学 2015
[2]SCalf液压驱动四足机器人的机构设计与运动分析[D]. 荣学文.山东大学 2013
硕士论文
[1]基于PWM控制的气动式增压调节系统响应特性研究[D]. 王兆清.北京理工大学 2015
[2]基于高速开关阀的数字控制轴向变量柱塞泵研究[D]. 张际.贵州大学 2009
[3]液压传动伺服系统控制算法的研究与应用[D]. 许建.山东大学 2008
[4]广义脉码调制液压控制系统的频响特性及应用研究[D]. 周辅疆.浙江大学 2008
[5]高速开关阀的研究及数字仿真[D]. 林锐.武汉理工大学 2005
本文编号：3363618
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
液压机器人Fig.1.1Hydraulicrobot
沈阳工业大学硕士学位论文2波士顿公司研发设计的BigDog是液压机器人领域的先行者，如图1.2所示。BigDog机器人是在2005年被波士顿公司首次公开，随即引起了全球科研人员的关注。该机器人具有良好的适应能力，具备多个自由度，由直线液压缸驱动其进行动作，总功率达到12.5Kw。其工作可达到的最大的输出为20.68MPa，为高压输出，负责驱动工作的直线液压缸在系统油路下并联运行[7,8]。意大利技术研究院制造了名为HyQ的智能机器人，如图1.3所示，其身高达1米，由12个转矩可控的关节组成，它可完成不同姿态的行走以及跳跃动作，机器人的髓关节采用电驱动，大、小腿采用伸缩活塞杆进行伺服控制，动作运行可达4m/s，关节输出力可至3216N[9]。图1.2BigDog机器人图1.3HyQ机器人Fig.1.2BigDogrobotFig.1.3HyQrobot日本学者研发的同名液压驱动机器人[10]，如下图1.4所示，它由4个足部、12个驱动关节组成，且所有直线驱动缸都由伺服阀实现控制驱动与动力提供，该机器人可以实现加速走动，小幅跃起的动作。国内对液压机器人的研究起步稍晚，山东大学机器人研究中心设计了Scalf机器人，如图1.5所示，它由直线液压缸和叶片摆动缸作为关节，使用伺服阀作为外置控制元件，负载能力能到达120kg，直线跨越距离可达0.15m，在种类不同的地面皆可以流畅行走，例如草坪地面、冰雪地面等，具有一定的抗干扰力[11-13]。
沈阳工业大学硕士学位论文2波士顿公司研发设计的BigDog是液压机器人领域的先行者，如图1.2所示。BigDog机器人是在2005年被波士顿公司首次公开，随即引起了全球科研人员的关注。该机器人具有良好的适应能力，具备多个自由度，由直线液压缸驱动其进行动作，总功率达到12.5Kw。其工作可达到的最大的输出为20.68MPa，为高压输出，负责驱动工作的直线液压缸在系统油路下并联运行[7,8]。意大利技术研究院制造了名为HyQ的智能机器人，如图1.3所示，其身高达1米，由12个转矩可控的关节组成，它可完成不同姿态的行走以及跳跃动作，机器人的髓关节采用电驱动，大、小腿采用伸缩活塞杆进行伺服控制，动作运行可达4m/s，关节输出力可至3216N[9]。图1.2BigDog机器人图1.3HyQ机器人Fig.1.2BigDogrobotFig.1.3HyQrobot日本学者研发的同名液压驱动机器人[10]，如下图1.4所示，它由4个足部、12个驱动关节组成，且所有直线驱动缸都由伺服阀实现控制驱动与动力提供，该机器人可以实现加速走动，小幅跃起的动作。国内对液压机器人的研究起步稍晚，山东大学机器人研究中心设计了Scalf机器人，如图1.5所示，它由直线液压缸和叶片摆动缸作为关节，使用伺服阀作为外置控制元件，负载能力能到达120kg，直线跨越距离可达0.15m，在种类不同的地面皆可以流畅行走，例如草坪地面、冰雪地面等，具有一定的抗干扰力[11-13]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]音圈电机直驱高速开关阀动态特性研究[J]. 刘晓鹏,聂松林,纪辉,尹方龙,潘燚,孙有伟. 液压与气动. 2020(03)
[2]阀控非对称缸系统的反馈线性化滑模控制[J]. 郑凯锋,杨桂玲,房加志,杨克萍,乔俊. 机床与液压. 2017(05)
[3]BigDog四足机器人关键技术分析[J]. 丁良宏. 机械工程学报. 2015(07)
[4]高速开关阀及其发展趋势[J]. 姚亚妮. 山东工业技术. 2015(04)
[5]高性能液压驱动四足机器人SCalf的设计与实现[J]. 柴汇,孟健,荣学文,李贻斌. 机器人. 2014(04)
[6]电液伺服技术的发展与展望[J]. 王军政,赵江波,汪首坤. 液压与气动. 2014(05)
[7]新型旋转液压伺服关节[J]. 曾良才,胡琪,蒋林,赵慧. 华中科技大学学报(自然科学版). 2013(11)
[8]基于高速开关阀的数字式变量泵研究[J]. 岑顺锋,吴张永,王娴,王晓波,王京涛. 中国机械工程. 2012(06)
[9]浅析BigDog四足机器人[J]. 丁良宏,王润孝,冯华山,李军. 中国机械工程. 2012(05)
[10]考虑电磁特性的电磁开关阀动静态性能仿真研究[J]. 孙建彬,岑豫皖,王刚. 机电工程. 2011(10)
博士论文
[1]多关节机器人鲁棒跟踪控制策略研究[D]. 王三秀.浙江工业大学 2015
[2]SCalf液压驱动四足机器人的机构设计与运动分析[D]. 荣学文.山东大学 2013
硕士论文
[1]基于PWM控制的气动式增压调节系统响应特性研究[D]. 王兆清.北京理工大学 2015
[2]基于高速开关阀的数字控制轴向变量柱塞泵研究[D]. 张际.贵州大学 2009
[3]液压传动伺服系统控制算法的研究与应用[D]. 许建.山东大学 2008
[4]广义脉码调制液压控制系统的频响特性及应用研究[D]. 周辅疆.浙江大学 2008
[5]高速开关阀的研究及数字仿真[D]. 林锐.武汉理工大学 2005
本文编号：3363618
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