液壓四足機(jī)器人單腿關(guān)節(jié)解耦控制及力-位切換控制研究.pdf

1、液壓四足機(jī)器人作為冗余傳動(dòng)的代表，運(yùn)動(dòng)支鏈間的多自由度運(yùn)動(dòng)耦合給機(jī)器人多關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)帶來(lái)極大挑戰(zhàn)。在機(jī)器人行進(jìn)時(shí)伴隨著落足時(shí)刻的地面沖擊，使得機(jī)器人在進(jìn)行力和位置切換時(shí)存在一定的抖動(dòng)。因此，如何實(shí)現(xiàn)液壓四足機(jī)器人腿部各關(guān)節(jié)間的解耦，以及力和位置的平順切換是目前亟需解決的問(wèn)題之一。本文以液壓四足機(jī)器人的單腿為研究對(duì)象，對(duì)機(jī)器人單腿進(jìn)行關(guān)節(jié)解耦控制和力/位切換控制研究。
　　基于對(duì)液壓四足機(jī)器人的腿部結(jié)構(gòu)和液壓伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分析，采用

2、拉格朗日方法建立機(jī)器人單腿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型。考慮到液壓系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人性能的影響，建立機(jī)器人腿部液壓伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的模型，從而獲得液壓四足機(jī)器人單腿的整體模型，為機(jī)器人的解耦控制提供依據(jù)。
　　針對(duì)液壓四足機(jī)器人腿部各關(guān)節(jié)間存在的耦合問(wèn)題，根據(jù)機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)方程，推導(dǎo)出液壓四足機(jī)器人大腿和小腿兩個(gè)關(guān)節(jié)的耦合動(dòng)力學(xué)關(guān)系，分析大腿和小腿加速度對(duì)關(guān)節(jié)耦合作用的影響。根據(jù)多變量解耦理論，設(shè)計(jì)PID神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦控制器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型參考解耦

3、控制器，并基于預(yù)測(cè)控制理論，提出基于預(yù)測(cè)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型參考解耦控制方法，利用李雅普諾夫穩(wěn)定性定理分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。進(jìn)行仿真和樣機(jī)實(shí)驗(yàn)研究，將基于預(yù)測(cè)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型參考解耦控制方法與PID神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦控制方法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型參考解耦控制方法進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證該算法對(duì)機(jī)器人大腿和小腿間的解耦效果。
　　針對(duì)機(jī)器人行走運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，進(jìn)行位置/力分段切換控制研究，對(duì)機(jī)器人的行程進(jìn)行分段控制。當(dāng)機(jī)器人足端未接觸地面時(shí)，進(jìn)行關(guān)節(jié)位置控制；當(dāng)機(jī)器人足端

4、接觸地面時(shí)，進(jìn)行關(guān)節(jié)力控制。在機(jī)器人關(guān)節(jié)位置控制時(shí)，針對(duì)不同運(yùn)動(dòng)階段對(duì)速度的不同要求，設(shè)計(jì)速度PID控制算法，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在接觸地面之前的精確定位控制。在機(jī)器人關(guān)節(jié)力控制時(shí)，針對(duì)機(jī)器人與地面接觸過(guò)程中存在大量的不確定性干擾，提出基于負(fù)載力補(bǔ)償?shù)淖钥箶_控制策略，以抑制機(jī)器人與地面接觸時(shí)外部環(huán)境的擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)精確、穩(wěn)定的力控制。在機(jī)器人進(jìn)行力和位置切換時(shí)，針對(duì)切換過(guò)程產(chǎn)生的抖動(dòng)問(wèn)題，提出模糊多模型切換算法，以實(shí)現(xiàn)力和位置的平順切換，進(jìn)行仿真和樣