足式機器人P-Q閥控非對稱液壓缸力伺服控制研究.pdf

1、足式機器人是機器人的重要分支，具有非連續(xù)支撐、自主選擇落點、適應(yīng)復(fù)雜地形等特點，在軍事行動、野外考察等場合應(yīng)用前景廣闊。隨著足式機器人負載和功率的提高，集成液壓驅(qū)動單元漸漸成為機器人關(guān)節(jié)驅(qū)動器的理想選擇。足式機器人液壓驅(qū)動單元的力/位控制對提高機器人運動特性意義重大，然而液壓系統(tǒng)本身復(fù)雜，且輸出易受外界干擾影響。因此本課題基于足式機器人結(jié)構(gòu)和控制的現(xiàn)實需求，以其P-Q閥控非對稱液壓缸驅(qū)動單元為研究對象，重點研究了該系統(tǒng)力/位伺服控制特性

2、以及伺服控制算法：通過機理建模分析了P-Q閥的特性，并基于該特性研究了P-Q閥控非對稱液壓缸系統(tǒng)力/位控制特性；進而對力伺服控制算法展開研究，并利用計算機仿真和液壓缸對頂實驗臺研究該算法的有效性；最后利用機器人單腿實驗平臺，通過研究基于力閉環(huán)的單腿阻抗控制來驗證系統(tǒng)力控制算法在足式機器人上應(yīng)用的有效性。
　　本文首先研究了P-Q閥特性和P-Q閥控非對稱液壓缸力/位伺服控制特性?；赑-Q閥機理建立了P-Q閥的數(shù)學(xué)模型，利用仿真和實

3、驗驗證了P-Q閥輸出壓力與輸入電流的關(guān)系。進而利用Simulink分別建立P-Q閥控非對稱液壓缸力/位系統(tǒng)非線性仿真模型，并依賴P-Q閥特性對模型進行分析，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)位置閉環(huán)等效剛度特性及控制電流、外干擾等因素對液壓缸輸出力的影響特性并通過仿真和實驗加以驗證。其次，結(jié)合足式機器人的控制需求，研究了P-Q閥控非對稱液壓缸力伺服控制方法。基于控制電流、外干擾等因素對力伺服控制的影響特性，針對無位置干擾的情況，提出指令電流前饋力伺服算法；針對有

4、位置干擾的情況，考慮液壓缸速度對控制的影響，提出了速度補償?shù)牧λ欧刂撇呗浴＠肧imulink仿真平臺和液壓缸對頂實驗平臺對前饋補償算法的動靜態(tài)目標(biāo)力跟蹤特性進行了仿真與實驗，驗證了該算法在加快響應(yīng)速度、減小振蕩和提高系統(tǒng)抗干擾能力方面的有效性。最后，驗證了力伺服算法在足式機器人上應(yīng)用的可行性和有效性。在基于P-Q閥控非對稱液壓缸的足式機器人單腿實驗平臺上，研究了基于關(guān)節(jié)力伺服的機器人單關(guān)節(jié)以及單腿阻抗控制方法。通過驗證變阻抗控制的有