基于液壓驅(qū)動的跳躍機器人關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、跳躍機器人相對于輪式、履帶式等其他形式的機器人有更強的地形適應(yīng)能力?，F(xiàn)有的基于液壓的跳躍機器人大多采用直線型的液壓缸作為驅(qū)動裝置，在仿生、結(jié)構(gòu)和重量上具有一定的劣勢。本文以跳躍機器人為主體，探究機器人跳躍的機理，以擺動液壓缸為驅(qū)動器，進行跳躍機器人驅(qū)動關(guān)節(jié)的研制和相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的研究。
　　首先，本文抽象出跳躍機器人的物理模型，分別基于拉格朗日方程和SimMechanics進行動力學(xué)模型仿真，驗證了兩種模型的正確性?；诜抡娼Y(jié)果，分

2、別從力與速度和能量轉(zhuǎn)化的角度分析機器人的跳躍機理，仿真分析了影響機器人跳躍高度的因素。利用建立的動力學(xué)模型，通過變定點樣條插值法，求得仿真條件下使機器人跳躍高度最高和效率最高的膝關(guān)節(jié)次優(yōu)運動軌跡。
　　其次，針對機器人實現(xiàn)跳躍的驅(qū)動與結(jié)構(gòu)要求，完成單葉片式擺動液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計、尺寸優(yōu)化和制作調(diào)試。研制了以擺動液壓缸為驅(qū)動器的跳躍機器人樣機。
　　再次，設(shè)計了以液壓為驅(qū)動方式實現(xiàn)機器人跳躍的液壓控制回路，建立了閥控電液位置伺服

3、系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型，搭建了Simulink模型，進行了PID控制器設(shè)計與系統(tǒng)仿真，分析了系統(tǒng)的響應(yīng)特性，各非線性因素（延遲、飽和、死區(qū)和非線性摩擦）對系統(tǒng)的影響，對比分析了PID控制器、模糊控制器和模糊-PID混合控制器對本電液位置伺服系統(tǒng)的控制效果。
　　然后，設(shè)計了跳躍機器人的驅(qū)動控制系統(tǒng)，完成了驅(qū)動控制系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計與調(diào)試，使整個機器人系統(tǒng)具備了驅(qū)動、傳感、控制、數(shù)據(jù)采集等功能。
　　最后，利用搭建的實驗平臺，對

4、擺動液壓缸和跳躍機器人進行了實驗研究。擺動缸實驗驗證了密封改進方案的有效性，驗證了閥控電液位置伺服系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定性和快速響應(yīng)性，且擺動缸的響應(yīng)性能與系統(tǒng)壓強、負(fù)載和PID參數(shù)有關(guān)。空載時擺動缸具有較好的軌跡跟蹤能力，系統(tǒng)的帶寬約0～28rad/s。跳躍機器人實驗驗證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且系統(tǒng)壓強越大，響應(yīng)越快，同時超調(diào)和調(diào)整時間越大，振蕩次數(shù)越多。分析了機器人慢速軌跡跟蹤的“類爬行”現(xiàn)象和快速軌跡跟蹤時響應(yīng)時間大于機器人起跳伸展時間的現(xiàn)象。