基于SEA的足式機(jī)器人單腿結(jié)構(gòu)設(shè)計及控制研究.pdf

1、仿生的足式機(jī)器人具有運(yùn)動靈活、對環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)的特點，能夠在非結(jié)構(gòu)環(huán)境中穩(wěn)定行走，并執(zhí)行危險的任務(wù)，因此足式機(jī)器人具備在軍事國防、航空航天、野外救援、工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。通過選擇合適的力伺服驅(qū)動器并采用合適的控制方法進(jìn)行關(guān)節(jié)力控制對足式機(jī)器人在未知環(huán)境下穩(wěn)定步行非常重要。由于傳統(tǒng)剛性驅(qū)動器存在力和能量密度與輸出阻抗不可調(diào)和的問題，本課題選用串聯(lián)彈性驅(qū)動器（SEA）作為力伺服驅(qū)動器，SEA能夠在保證力和能量密度的同時，保證低的輸出阻抗，

2、并進(jìn)行精確的力控制。因此，選用SEA作為關(guān)節(jié)力伺服驅(qū)動器，并對SEA關(guān)節(jié)單腿進(jìn)行控制研究，具有重要的現(xiàn)實意義。
　　本課題以液壓驅(qū)動的SEA關(guān)節(jié)單腿作為研究對象，通過虛擬樣機(jī)仿真和實驗結(jié)合的方法，對SEA關(guān)節(jié)和單腿的力和阻抗伺服控制特性進(jìn)行研究。
　　首先，采用有限元方法設(shè)計了SEA彈性元件，并通過設(shè)計彈性元件剛度測量平臺對彈性元件的剛度進(jìn)行實驗測量。在此基礎(chǔ)上，通過選用合適的液壓驅(qū)動器和關(guān)節(jié)傳感器、設(shè)計傳動機(jī)構(gòu)和關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)形

3、式完成關(guān)節(jié)SEA設(shè)計。在保證自由度配置、運(yùn)動空間等前提下，完成單腿的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
　　其次，基于SEA關(guān)節(jié)的運(yùn)動學(xué)模型建立關(guān)節(jié)力矩伺服算法，并基于液壓驅(qū)動器位置伺服實驗精度和驅(qū)動原理，建立了液壓驅(qū)動器仿真簡化模型，對關(guān)節(jié)力矩伺服算法進(jìn)行虛擬樣機(jī)仿真分析。在此基礎(chǔ)上，采用基于力的阻抗控制方法，對SEA關(guān)節(jié)阻抗特性進(jìn)行了仿真研究?；赟EA關(guān)節(jié)力和阻抗的控制研究，進(jìn)行了單腿力和阻抗的仿真研究。
　　最后，建立SEA關(guān)節(jié)單腿實驗平臺