液壓驅(qū)動四足機(jī)器人伺服及柔順控制研究.pdf

1、足式機(jī)器人以其非連續(xù)地面支撐、運(yùn)動靈活、越障能力及環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在諸多領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。以四足哺乳動物為仿生對象來構(gòu)造具有大負(fù)載能力、高動態(tài)性和復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性的四足仿生機(jī)器人是近年來的研究熱點(diǎn)。
　　本文以提升機(jī)器人的動態(tài)性能和復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性為目標(biāo)，針對四足機(jī)器人結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、缸閥驅(qū)動單元動力學(xué)模型構(gòu)建、高性能液壓伺服控制和柔順控制等問題展開了深入研究。
　　從設(shè)計目標(biāo)和工況分析入手，對液壓缸尺寸和安裝位置進(jìn)

2、行深入分析，確定了“對稱安裝”和“大行程、小缸徑”的原則。對腿長和關(guān)節(jié)運(yùn)動范圍進(jìn)行了非線性約束條件下的多目標(biāo)優(yōu)化。不僅增大了新機(jī)器人樣機(jī)的腿部位形空間，而且顯著降低了整機(jī)和腿部質(zhì)量。
　　基于合理簡化，建立了閥控非對稱缸驅(qū)動單元動力學(xué)模型，并通過實(shí)驗(yàn)辨識確定了模型參數(shù)。對位置 PID控制的頻率響應(yīng)特性、穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)行了詳細(xì)分析。采用液壓力反饋校正環(huán)節(jié)提高了系統(tǒng)等效阻尼系數(shù)，改善了位置控制性能?；谝簤候?qū)動單元負(fù)載速度反饋和強(qiáng)

3、非線性的特點(diǎn)，分別設(shè)計了基于模型的速度補(bǔ)償算法和反饋線性化算法，提高了系統(tǒng)的力響應(yīng)速度，減少了力跟蹤誤差。
　　對虛擬模型控制、計算力矩法、阻抗控制等柔順控制方法展開了分析和 Adams-Simulink聯(lián)合仿真驗(yàn)證。采用逆動力學(xué)補(bǔ)償降低了腿部動力學(xué)強(qiáng)耦合和強(qiáng)非線性對足式機(jī)器人控制性能的制約。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，逆動力學(xué)補(bǔ)償可以在不犧牲位置控制精度的情況下，提高機(jī)器人的柔性。搭建了單腿平臺，其實(shí)驗(yàn)表明：基于模型的柔順控制算法不僅可