液壓驅動四足機器人伺服及柔順控制研究.pdf

1、足式機器人以其非連續(xù)地面支撐、運動靈活、越障能力及環(huán)境適應能力強等特點，在諸多領域中具有廣闊的應用前景。以四足哺乳動物為仿生對象來構造具有大負載能力、高動態(tài)性和復雜環(huán)境適應性的四足仿生機器人是近年來的研究熱點。
　　本文以提升機器人的動態(tài)性能和復雜環(huán)境適應性為目標，針對四足機器人結構優(yōu)化設計、缸閥驅動單元動力學模型構建、高性能液壓伺服控制和柔順控制等問題展開了深入研究。
　　從設計目標和工況分析入手，對液壓缸尺寸和安裝位置進

2、行深入分析，確定了“對稱安裝”和“大行程、小缸徑”的原則。對腿長和關節(jié)運動范圍進行了非線性約束條件下的多目標優(yōu)化。不僅增大了新機器人樣機的腿部位形空間，而且顯著降低了整機和腿部質量。
　　基于合理簡化，建立了閥控非對稱缸驅動單元動力學模型，并通過實驗辨識確定了模型參數(shù)。對位置 PID控制的頻率響應特性、穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)誤差進行了詳細分析。采用液壓力反饋校正環(huán)節(jié)提高了系統(tǒng)等效阻尼系數(shù)，改善了位置控制性能?；谝簤候寗訂卧撦d速度反饋和強

3、非線性的特點，分別設計了基于模型的速度補償算法和反饋線性化算法，提高了系統(tǒng)的力響應速度，減少了力跟蹤誤差。
　　對虛擬模型控制、計算力矩法、阻抗控制等柔順控制方法展開了分析和 Adams-Simulink聯(lián)合仿真驗證。采用逆動力學補償降低了腿部動力學強耦合和強非線性對足式機器人控制性能的制約。仿真和實驗結果表明，逆動力學補償可以在不犧牲位置控制精度的情況下，提高機器人的柔性。搭建了單腿平臺，其實驗表明：基于模型的柔順控制算法不僅可