液壓機器人關(guān)節(jié)柔順控制的研究與實現(xiàn).pdf

1、腿式機器人是近年來國際上的熱門研究領(lǐng)域，其對于復雜地形和惡劣環(huán)境具有較強適應能力，能夠最大限度的協(xié)助人類完成各種復雜任務(wù)，具有廣闊的應用前景。而液壓伺服由于其功率密度大、動態(tài)響應快、抗電磁干擾性強等特點，能使機器人擁有更高的負載能力和動態(tài)性能。機器人在自然空間的軌跡運動控制已較為成熟，但在其進行相關(guān)作業(yè)或步態(tài)行走時與外界環(huán)境的接觸是無法避免的。由于液壓剛度較大，在與外界接觸時會產(chǎn)生較大撞擊，從而會嚴重影響腿式機器人的穩(wěn)定性。因此本文由實

2、際液壓驅(qū)動腿式機器人的工程項目展開，通過增加彈性元件及柔順控制算法實現(xiàn)讓機器人能夠表現(xiàn)出柔順特性，并具有一定減緩沖擊的能力。主要研究內(nèi)容如下：
　　首先，本文基于對非對稱液壓缸的模型分析，引入彈性元件將力檢測轉(zhuǎn)換為位置測量，增強了環(huán)境適應性。并分別對無阻尼器和帶阻尼器的液壓SEA數(shù)學模型進行了分析，建立了力控制的參數(shù)關(guān)系式，使得液壓驅(qū)動器能夠?qū)崿F(xiàn)準確的力控制，并分析了其穩(wěn)定性，驗證了驅(qū)動器能夠滿足實際機器人柔順控制的基本需求。

3、r>　　接著通過對基于位置的阻抗控制模型進行分析，建立了機器人所受環(huán)境力與液壓缸伺服位置之間的關(guān)系。通過內(nèi)外環(huán)結(jié)合、實時進行受力狀態(tài)補償?shù)目刂品绞健Ｊ箼C器人末端模擬出一定的阻抗特性，使其對未知環(huán)境具有更好的適應性。同時，從整體機器人腿部的角度分析了虛擬腿模型，通過運動學分析及機構(gòu)幾何關(guān)系建立了虛擬腿剛度、彈性元件變形量及液壓缸位移之間的關(guān)系。使機器人能夠在受力狀態(tài)下表現(xiàn)出變剛度特性。
　　最后結(jié)合控制方法，設(shè)計加工了液壓串聯(lián)彈性驅(qū)

4、動器機構(gòu)，并搭建了機器人實驗平臺，同時應用嵌入式QNX系統(tǒng)，完成多線程任務(wù)的創(chuàng)建及控制算法的編程。然后通過對單缸液壓彈性驅(qū)動器的仿真和實驗，驗證了其穩(wěn)定的力控制及動態(tài)響應能力。接著針對不同的剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)對阻抗控制進行了仿真與實驗，分析了剛度對機器人柔性的影響以及阻尼對調(diào)整過程的作用，并通過虛擬腿剛度控制實驗驗證了其能夠提供變剛度的能力。最后通過行走實驗，驗證了兩種方法均能夠?qū)崿F(xiàn)一定的柔順控制效果。從而為機器人穩(wěn)定性研究提供了支持。