本文關(guān)鍵詞：三自由度液壓驅(qū)動(dòng)單腿控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

  更多相關(guān)文章： 四足機(jī)器人 液壓 單腿系統(tǒng) 建模 伺服控制系統(tǒng) 柔順控制

【摘要】：腿足式機(jī)器人較其它形式的移動(dòng)機(jī)器人而言具有更好的地形適應(yīng)能力和運(yùn)動(dòng)靈活性,因此成為目前機(jī)器人研究領(lǐng)域最熱門(mén)的方向之一,其中又以四足機(jī)器人最受青睞。為了實(shí)現(xiàn)四足機(jī)器人的高負(fù)載和高動(dòng)態(tài)性,研究者開(kāi)始將液壓驅(qū)動(dòng)的方式應(yīng)用到四足機(jī)器人中,并獲得了巨大的成功。液壓驅(qū)動(dòng)四足機(jī)器人是一個(gè)異常復(fù)雜的系統(tǒng),倘若直接進(jìn)行整機(jī)的研制,難度將非常大,與此同時(shí),研究者們發(fā)現(xiàn),對(duì)四足機(jī)器人的控制歸根結(jié)底是對(duì)機(jī)器人每條腿的控制,可以說(shuō)機(jī)器人的單腿系統(tǒng)是機(jī)器人控制的基礎(chǔ)和關(guān)鍵,它的優(yōu)劣將直接決定機(jī)器人的整體性能。本論文基于實(shí)驗(yàn)室搭建的單腿測(cè)試平臺(tái),對(duì)單腿的控制策略和伺服控制系統(tǒng)展開(kāi)了相關(guān)研究,主要內(nèi)容如下：(1)首先介紹了液壓驅(qū)動(dòng)四足機(jī)器人的研究背景,以及機(jī)器人單腿系統(tǒng)和液壓伺服控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀,給出了論文的主要研究?jī)?nèi)容和章節(jié)安排。(2)單腿的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模。分析了實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的單腿測(cè)試平臺(tái),得到了其簡(jiǎn)化模型。在此基礎(chǔ)上利用D-H齊次坐標(biāo)變換法建立了三自由度單腿的坐標(biāo)系,結(jié)合連桿參數(shù)給出了單腿的正向運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,利用幾何約束法實(shí)現(xiàn)了單腿逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的求解。最后分析了單腿的足端工作空間。(3)單腿控制策略制定。針對(duì)液壓驅(qū)動(dòng)方式的特性,設(shè)計(jì)了PI控制器作為單個(gè)液壓缸位置／力伺服的控制策略,設(shè)計(jì)了基于虛擬模型的控制器作為實(shí)現(xiàn)單腿主動(dòng)柔順的控制策略,為單腿的柔順控制奠定了基礎(chǔ)。(4)單腿伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)了基于DSP的液壓伺服控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了單腿系統(tǒng)上三個(gè)液壓缸的力、位置的混合控制,大大提高了單腿系統(tǒng)的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)性能。(5)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)軟件和硬件的實(shí)驗(yàn)、單個(gè)液壓缸位置控制以及力控制略的實(shí)驗(yàn)、單腿主動(dòng)柔順策略的實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的伺服控制系統(tǒng)和單腿的伺服控制策略。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并完成了單腿的連續(xù)跳躍實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本論文設(shè)計(jì)的伺服控制系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了預(yù)期的要求,設(shè)計(jì)的單腿控制策略切實(shí)可行。(6)總結(jié)了本論文的主要工作和不足之處,并對(duì)下一步的工作進(jìn)行了展望。
【關(guān)鍵詞】：四足機(jī)器人 液壓 單腿系統(tǒng) 建模 伺服控制系統(tǒng) 柔順控制
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP242
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 緒論12-24
• 1.1 課題研究背景及意義12-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外液壓驅(qū)動(dòng)四足機(jī)器人研究現(xiàn)狀13-19
• 1.2.1 國(guó)外液壓驅(qū)動(dòng)四足機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀13-17
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)液壓驅(qū)動(dòng)四足機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀17-19
• 1.3 液壓驅(qū)動(dòng)四足機(jī)器人單腿系統(tǒng)研究現(xiàn)狀19-21
• 1.4 電液伺服控制系統(tǒng)概述21-22
• 1.5 論文主要研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排22-24
• 第二章 三自由度單腿系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)建模24-30
• 2.1 引言24
• 2.2 機(jī)器人單腿系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)簡(jiǎn)介24
• 2.3 基于Denavit-Hartenberg方法的單腿運(yùn)動(dòng)學(xué)建模24-27
• 2.4 單腿的雅克比27-28
• 2.5 單腿末端的工作空間28-29
• 2.6 本章小結(jié)29-30
• 第三章 三自由度單腿系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制策略30-36
• 3.1 引言30
• 3.2 單個(gè)液壓缸的位置伺服以及力伺服控制策略30-31
• 3.3 單腿柔順控制策略31-35
• 3.4 本章小結(jié)35-36
• 第四章 基于DSP的單腿液壓伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)36-54
• 4.1 引言36
• 4.2 控制系統(tǒng)功能和性能要求36
• 4.3 總體方案設(shè)計(jì)36-37
• 4.4 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)37-48
• 4.4.1 控制器核心處理器選型37-39
• 4.4.2 A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)39-40
• 4.4.3 D/A轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)40-42
• 4.4.4 功率放大模塊設(shè)計(jì)42-43
• 4.4.5 信號(hào)調(diào)理模塊設(shè)計(jì)43-46
• 4.4.6 信號(hào)隔離模塊設(shè)計(jì)46
• 4.4.7 CAN通信模塊設(shè)計(jì)46-48
• 4.5 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)48-52
• 4.5.1 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)48-50
• 4.5.2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)50-52
• 4.6 本章小結(jié)52-54
• 第五章 單腿實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析54-62
• 5.1 引言54
• 5.2 單腿伺服控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)54-57
• 5.2.1 A/D數(shù)據(jù)采集模塊驗(yàn)證55-56
• 5.2.2 D/A輸出模塊驗(yàn)證56-57
• 5.3 單腿位置伺服和力伺服跟隨實(shí)驗(yàn)57-60
• 5.3.1 單個(gè)液壓缸位置伺服跟隨實(shí)驗(yàn)58-59
• 5.3.2 單個(gè)液壓缸力伺服跟隨實(shí)驗(yàn)59-60
• 5.4 單腿彈跳實(shí)驗(yàn)60-61
• 5.5 本章小結(jié)61-62
• 第六章 總結(jié)與展望62-64
• 6.1 總結(jié)62-63
• 6.2 展望63-64
• 參考文獻(xiàn)64-68
• 致謝68-69
• 學(xué)位論文評(píng)閱及答辯情況表69

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