液压四足机器人固有频率分析及阻抗控制
发布时间：2021-08-31 12:52
液压四足机器人因为能够适应各种复杂的地面条件、灵活的机动性能、较高的负载能力,作为特种军用机器人在近年来受到了广泛的重视,但是如何才能保证机器人稳定高效行走目前还没有成熟的理论。本文从基于液压固有频率分析的控制器设计和阻抗控制算法两个角度入手,实现机器人在平整地面上的稳定行走。首先,对机器人处于摆动状态和支撑状态的单条腿分别进行运动学和动力学分析,通过拉格朗日方程得到机器人各个关节上的力矩方程,利用等效质量矩阵和等效刚度矩阵计算机器人腿部的各阶液压固有频率,分析各个结构参数的影响,并利用模型线性化的方法得到某一个姿态下的简化的状态方程,进一步分析液压固有频率对机器人整体控制特性的影响。其次进行单腿位置控制的研究。利用ADAMS-Simulink搭建仿真平台,用仿真方式评估位置控制器的效果。在位置控制中引入分段PID控制和前馈控制两种控制算法,用来减小系统位置响应的滞后,通过仿真分析方式验证了两种控制算法的有效性。接下来搭建单腿基于位置控制的阻抗控制模型,利用理论关节转矩与实际关节转矩之差计算足端外部负载,实现负载跟踪。通过这种主动柔顺控制提高机器人腿部对环境变化的适应能力。并将单腿阻抗...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
BigDog机器人
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文差和力偏差都处在可以接受的范围内，达到机器人被动适应不同环境的变化的效果，是一种经济有效的控制策略。1.2 国内外研究现状1.2.1 四足机器人研究现状足式机器人特别是四足机器人能够成为研究热点，引发国内外众多研究人员的关注，源于波士顿动力公司（Boston Dynamics）于 2006 年发布了第一款液压驱动的四足机器人 BigDog[5]。BigDog 机器人为全液压驱动，每条腿上安装有四个液压缸，分别负责肩关节（两个自由度）、肘关节和腕关节的运动。经过不断改进，2008 年时机器人已经能够在负载 154 千克的情况下连续行进 2小时。虽然波士顿动力公司之后不再公开资料公布其最新型机器人的具体参数，但是从展示视频来看，机器人展现出了良好的性能，至今为止依然被认为是全球最先进的液压四足机器人之一。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文同的是，P2 直接用液压马达带动关节旋转，而不是采用连杆机构将液压缸的直线运动转化为旋转机构，这样做的好处是消除了由直线运动转化为转动时的非线性，使控制更加简单，但是由于液压马达的体积和重量限制，导致机器人无法小型化。
【参考文献】：
期刊论文
[1]军用仿生足式机器人的发展现状[J]. 朱强,周良生. 山东工业技术. 2018(01)
[2]液压驱动单元基于位置/力的阻抗控制机理分析与试验研究[J]. 巴凯先,孔祥东,朱琦歆,李春贺,赵华龙,俞滨. 机械工程学报. 2017(12)
[3]关节间隙对机器人动态特性影响分析[J]. 王黎光,徐海波,荣必贤,赵孝永. 机械设计与制造. 2016(10)
[4]仿生机器人技术发展概况[J]. 王颖,王硕. 高科技与产业化. 2016(05)
[5]四足机器人腿型配置的仿真分析与性能评价[J]. 韩宝玲,李欢飞,罗庆生,李华师,王磊. 计算机测量与控制. 2014(04)
[6]Analysis on the Performance of the SLIP Runner with Nonlinear Spring Leg[J]. YU Haitao,LI Mantian,CAI Hegao. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2013(05)
[7]四足仿生机器人液压驱动单元轨迹灵敏度分析[J]. 孔祥东,俞滨,权凌霄,巴凯先. 机械工程学报. 2013(14)
[8]两自由度系统固有频率与主振型的算法研究[J]. 何幸保,朱建军. 湖南工程学院学报(自然科学版). 2012(03)
[9]实验模态技术在机器人动态特性分析中的应用[J]. 周正干,李然,贠超,宋量量,刘晓平. 华北工学院学报. 2000(04)
博士论文
[1]液压驱动四足机器人柔顺及力控制方法的研究与实现[D]. 柴汇.山东大学 2016
[2]液压四足机器人驱动控制与步态规划研究[D]. 王立鹏.北京理工大学 2014
[3]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
[4]四足机器人稳定行走规划及控制技术研究[D]. 王鹏飞.哈尔滨工业大学 2007
[5]机器人动态特性及动力学参数辨识研究[D]. 陈恩伟.合肥工业大学 2006
硕士论文
[1]一种大角度折页式摇摆试验台的研究[D]. 刘维添.哈尔滨工业大学 2017
[2]折页式三自由度并联机构结构优化与固有频率研究[D]. 蔡云飞.哈尔滨工业大学 2017
[3]牧羊犬仿生机器人机构设计及ADAMS仿真[D]. 刘学哲.东北林业大学 2017
[4]基于阻抗控制的四足仿生机器人稳定步态理论及实验研究[D]. 丁庆鹏.哈尔滨工业大学 2016
[5]高速重载码垛机器人动态特性分析及结构优化研究[D]. 马清伍.哈尔滨工业大学 2015
[6]四自由度高速重载工业机器人动态特性的研究[D]. 王鑫.燕山大学 2014
[7]四足小象机器人实时控制系统的设计与研究[D]. 邓黎明.上海交通大学 2014
[8]四足机器人液压驱动系统设计与控制研究[D]. 钟建锋.华中科技大学 2014
[9]CINCINNATI工业机器人动态特性的研究[D]. 田东升.东北大学 2006
本文编号：3374931
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
BigDog机器人
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文差和力偏差都处在可以接受的范围内，达到机器人被动适应不同环境的变化的效果，是一种经济有效的控制策略。1.2 国内外研究现状1.2.1 四足机器人研究现状足式机器人特别是四足机器人能够成为研究热点，引发国内外众多研究人员的关注，源于波士顿动力公司（Boston Dynamics）于 2006 年发布了第一款液压驱动的四足机器人 BigDog[5]。BigDog 机器人为全液压驱动，每条腿上安装有四个液压缸，分别负责肩关节（两个自由度）、肘关节和腕关节的运动。经过不断改进，2008 年时机器人已经能够在负载 154 千克的情况下连续行进 2小时。虽然波士顿动力公司之后不再公开资料公布其最新型机器人的具体参数，但是从展示视频来看，机器人展现出了良好的性能，至今为止依然被认为是全球最先进的液压四足机器人之一。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文同的是，P2 直接用液压马达带动关节旋转，而不是采用连杆机构将液压缸的直线运动转化为旋转机构，这样做的好处是消除了由直线运动转化为转动时的非线性，使控制更加简单，但是由于液压马达的体积和重量限制，导致机器人无法小型化。
【参考文献】：
期刊论文
[1]军用仿生足式机器人的发展现状[J]. 朱强,周良生. 山东工业技术. 2018(01)
[2]液压驱动单元基于位置/力的阻抗控制机理分析与试验研究[J]. 巴凯先,孔祥东,朱琦歆,李春贺,赵华龙,俞滨. 机械工程学报. 2017(12)
[3]关节间隙对机器人动态特性影响分析[J]. 王黎光,徐海波,荣必贤,赵孝永. 机械设计与制造. 2016(10)
[4]仿生机器人技术发展概况[J]. 王颖,王硕. 高科技与产业化. 2016(05)
[5]四足机器人腿型配置的仿真分析与性能评价[J]. 韩宝玲,李欢飞,罗庆生,李华师,王磊. 计算机测量与控制. 2014(04)
[6]Analysis on the Performance of the SLIP Runner with Nonlinear Spring Leg[J]. YU Haitao,LI Mantian,CAI Hegao. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2013(05)
[7]四足仿生机器人液压驱动单元轨迹灵敏度分析[J]. 孔祥东,俞滨,权凌霄,巴凯先. 机械工程学报. 2013(14)
[8]两自由度系统固有频率与主振型的算法研究[J]. 何幸保,朱建军. 湖南工程学院学报(自然科学版). 2012(03)
[9]实验模态技术在机器人动态特性分析中的应用[J]. 周正干,李然,贠超,宋量量,刘晓平. 华北工学院学报. 2000(04)
博士论文
[1]液压驱动四足机器人柔顺及力控制方法的研究与实现[D]. 柴汇.山东大学 2016
[2]液压四足机器人驱动控制与步态规划研究[D]. 王立鹏.北京理工大学 2014
[3]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
[4]四足机器人稳定行走规划及控制技术研究[D]. 王鹏飞.哈尔滨工业大学 2007
[5]机器人动态特性及动力学参数辨识研究[D]. 陈恩伟.合肥工业大学 2006
硕士论文
[1]一种大角度折页式摇摆试验台的研究[D]. 刘维添.哈尔滨工业大学 2017
[2]折页式三自由度并联机构结构优化与固有频率研究[D]. 蔡云飞.哈尔滨工业大学 2017
[3]牧羊犬仿生机器人机构设计及ADAMS仿真[D]. 刘学哲.东北林业大学 2017
[4]基于阻抗控制的四足仿生机器人稳定步态理论及实验研究[D]. 丁庆鹏.哈尔滨工业大学 2016
[5]高速重载码垛机器人动态特性分析及结构优化研究[D]. 马清伍.哈尔滨工业大学 2015
[6]四自由度高速重载工业机器人动态特性的研究[D]. 王鑫.燕山大学 2014
[7]四足小象机器人实时控制系统的设计与研究[D]. 邓黎明.上海交通大学 2014
[8]四足机器人液压驱动系统设计与控制研究[D]. 钟建锋.华中科技大学 2014
[9]CINCINNATI工业机器人动态特性的研究[D]. 田东升.东北大学 2006
本文编号：3374931
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3374931.html
