基于液壓驅(qū)動(dòng)的跳躍機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、跳躍機(jī)器人相對(duì)于輪式、履帶式等其他形式的機(jī)器人有更強(qiáng)的地形適應(yīng)能力?，F(xiàn)有的基于液壓的跳躍機(jī)器人大多采用直線型的液壓缸作為驅(qū)動(dòng)裝置，在仿生、結(jié)構(gòu)和重量上具有一定的劣勢(shì)。本文以跳躍機(jī)器人為主體，探究機(jī)器人跳躍的機(jī)理，以擺動(dòng)液壓缸為驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)行跳躍機(jī)器人驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的研制和相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的研究。
　　首先，本文抽象出跳躍機(jī)器人的物理模型，分別基于拉格朗日方程和SimMechanics進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模型仿真，驗(yàn)證了兩種模型的正確性。基于仿真結(jié)果，分

2、別從力與速度和能量轉(zhuǎn)化的角度分析機(jī)器人的跳躍機(jī)理，仿真分析了影響機(jī)器人跳躍高度的因素。利用建立的動(dòng)力學(xué)模型，通過(guò)變定點(diǎn)樣條插值法，求得仿真條件下使機(jī)器人跳躍高度最高和效率最高的膝關(guān)節(jié)次優(yōu)運(yùn)動(dòng)軌跡。
　　其次，針對(duì)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)跳躍的驅(qū)動(dòng)與結(jié)構(gòu)要求，完成單葉片式擺動(dòng)液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、尺寸優(yōu)化和制作調(diào)試。研制了以擺動(dòng)液壓缸為驅(qū)動(dòng)器的跳躍機(jī)器人樣機(jī)。
　　再次，設(shè)計(jì)了以液壓為驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)機(jī)器人跳躍的液壓控制回路，建立了閥控電液位置伺服

3、系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型，搭建了Simulink模型，進(jìn)行了PID控制器設(shè)計(jì)與系統(tǒng)仿真，分析了系統(tǒng)的響應(yīng)特性，各非線性因素（延遲、飽和、死區(qū)和非線性摩擦）對(duì)系統(tǒng)的影響，對(duì)比分析了PID控制器、模糊控制器和模糊-PID混合控制器對(duì)本電液位置伺服系統(tǒng)的控制效果。
　　然后，設(shè)計(jì)了跳躍機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，完成了驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)與調(diào)試，使整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)具備了驅(qū)動(dòng)、傳感、控制、數(shù)據(jù)采集等功能。
　　最后，利用搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)

4、擺動(dòng)液壓缸和跳躍機(jī)器人進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。擺動(dòng)缸實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了密封改進(jìn)方案的有效性，驗(yàn)證了閥控電液位置伺服系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定性和快速響應(yīng)性，且擺動(dòng)缸的響應(yīng)性能與系統(tǒng)壓強(qiáng)、負(fù)載和PID參數(shù)有關(guān)。空載時(shí)擺動(dòng)缸具有較好的軌跡跟蹤能力，系統(tǒng)的帶寬約0～28rad/s。跳躍機(jī)器人實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且系統(tǒng)壓強(qiáng)越大，響應(yīng)越快，同時(shí)超調(diào)和調(diào)整時(shí)間越大，振蕩次數(shù)越多。分析了機(jī)器人慢速軌跡跟蹤的“類(lèi)爬行”現(xiàn)象和快速軌跡跟蹤時(shí)響應(yīng)時(shí)間大于機(jī)器人起跳伸展時(shí)間的現(xiàn)象。