發(fā)布時(shí)間：2017-10-17 08:45

  本文關(guān)鍵詞：液壓四足機(jī)器人柔順性控制

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【摘要】：近幾年,四足仿生機(jī)器人以其運(yùn)動(dòng)速度快、靈活性高、環(huán)境適應(yīng)性好、負(fù)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注,以期望在物資運(yùn)輸、資源勘探、地理探險(xiǎn)、和災(zāi)難救援等眾多領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用。而在這些場景下,路面環(huán)境崎嶇不平非常復(fù)雜,機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中不可避免的會(huì)與地面產(chǎn)生沖擊力。過大的沖擊力會(huì)損害機(jī)械結(jié)構(gòu),破壞控制系統(tǒng)的穩(wěn)定,甚至出現(xiàn)機(jī)器人失控的情況。本課題以液壓四足機(jī)器人為實(shí)驗(yàn)平臺,針對機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中觸地沖擊力過大的問題展開了深入研究,研究成果對于提高四足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性以及環(huán)境適應(yīng)性具有重要意義。本文首先通過幾何法對四足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了建模分析,提出了一種約束方法解決四足機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)節(jié)冗余問題,為四足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制奠定了基礎(chǔ)。其次,設(shè)計(jì)了以TMS320F28335 DSP為核心的底層嵌入式控制器,同時(shí)編寫控制軟件完成機(jī)器人單腿四個(gè)自由度的伺服控制以及與中層機(jī)之間的通訊。在此基礎(chǔ)上針對液壓執(zhí)行器的非線性及非對稱性,采用自抗擾控制(ADRC)技術(shù)以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人關(guān)節(jié)高精度位置控制。再次,提出了基于力反饋的主動(dòng)柔順與被動(dòng)柔順相結(jié)合的控制策略,被動(dòng)柔順用于緩沖觸地沖擊力,延長沖擊過程時(shí)間,主動(dòng)柔順利用液壓執(zhí)行器的阻尼特性來有效吸收沖擊過程中的剩余能量,最終實(shí)現(xiàn)機(jī)器人穩(wěn)定觸地。通過單自由度垂直下落實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這種方法的有效性,同時(shí)分析了柔順性控制器參數(shù)設(shè)計(jì)原則。最后,將單腿系統(tǒng)等效成為單自由執(zhí)行器的虛擬腿,在足端笛卡爾空間實(shí)施柔順性控制,實(shí)驗(yàn)證明該方法在四足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)中能夠有效減小觸地沖擊力,提升運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。
【關(guān)鍵詞】：四足機(jī)器人 沖擊力 柔順性控制 液壓伺服控制
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 四足機(jī)器人國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.3 機(jī)器人柔順性控制研究概述15-17
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容和章節(jié)安排17-19
• 第2章 液壓四足機(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)成與建模分析19-34
• 2.1 引言19
• 2.2 液壓四足機(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)成19-25
• 2.2.1 機(jī)械系統(tǒng)20-22
• 2.2.2 液壓系統(tǒng)22-24
• 2.2.3 控制系統(tǒng)24-25
• 2.3 四足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析25-31
• 2.3.1 正運(yùn)動(dòng)學(xué)分析27-28
• 2.3.2 逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析28-30
• 2.3.3 速度雅克比矩陣30-31
• 2.4 四足機(jī)器人仿真平臺搭建31-33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 第3章 液壓四足機(jī)器人嵌入式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)34-44
• 3.1 引言34
• 3.2 嵌入式控制器硬件設(shè)計(jì)34-40
• 3.2.1 控制器電源模塊設(shè)計(jì)35-37
• 3.2.2 CAN總線通訊模塊設(shè)計(jì)37
• 3.2.3 信號采集模塊設(shè)計(jì)37-38
• 3.2.4 伺服閥驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)38-39
• 3.2.5 硬件電路調(diào)試39-40
• 3.3 嵌入式控制器軟件設(shè)計(jì)40-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 第4章 單自由度液壓執(zhí)行器柔順性控制44-63
• 4.1 引言44
• 4.2 柔順性控制方案44-48
• 4.2.1 基于力閉環(huán)的主動(dòng)柔順控制44-46
• 4.2.2 基于位置閉環(huán)的主動(dòng)柔順控制46-48
• 4.3 液壓執(zhí)行器位置環(huán)自抗擾控制48-53
• 4.3.1 系統(tǒng)建模與控制算法介紹49-52
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果討論52-53
• 4.4 基于位置閉環(huán)的液壓執(zhí)行器主被動(dòng)柔順控制53-62
• 4.4.1 實(shí)驗(yàn)平臺介紹53-55
• 4.4.2 柔順性控制實(shí)驗(yàn)與結(jié)果討論55-57
• 4.4.3 控制器參數(shù)設(shè)計(jì)57-62
• 4.5 本章小結(jié)62-63
• 第5章 液壓四足機(jī)器人柔順性控制63-75
• 5.1 引言63
• 5.2 關(guān)節(jié)空間柔順性控制63-67
• 5.3 笛卡爾空間柔順性控制67-73
• 5.3.1 單腿等效模型67-68
• 5.3.2 柔順性控制實(shí)驗(yàn)與分析68-73
• 5.4 本章小結(jié)73-75
• 第6章 總結(jié)與展望75-77
• 6.1 總結(jié)75
• 6.2 展望75-77
• 附錄-CAN通訊服務(wù)協(xié)議77-79
• 參考文獻(xiàn)79-84
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單84-85
• 致謝85

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1 陳林;奚如如;王興松;;套索驅(qū)動(dòng)細(xì)長機(jī)器人的初步設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J];機(jī)電工程;2011年03期

2 謝芝馨;;蘇聯(lián)機(jī)器人技術(shù)述評[J];機(jī)械與電子;1989年04期

3 羅飛，，余達(dá)太;主動(dòng)式控制──機(jī)器人抑振控制的有效方式[J];機(jī)器人;1995年04期

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本文編號：1047878