【摘要】：液壓四足機(jī)器人在運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)保證機(jī)器人始終處于平衡狀態(tài),以避免機(jī)器人出現(xiàn)傾覆狀態(tài)。由于機(jī)器人各關(guān)節(jié)采用電液伺服作動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng),通過(guò)作動(dòng)器實(shí)現(xiàn)機(jī)器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角和關(guān)節(jié)扭矩控制。因此,為保證機(jī)器人的運(yùn)行穩(wěn)定性,作動(dòng)器位置控制和驅(qū)動(dòng)力控制應(yīng)具有一定的伺服精度,以實(shí)現(xiàn)對(duì)指令信號(hào)的高精度復(fù)現(xiàn)。同時(shí),如何生成機(jī)器人平衡所需的關(guān)節(jié)指令,是足式機(jī)器人研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本論文的研究?jī)?nèi)容如下:針對(duì)液壓四足機(jī)器人的構(gòu)成要素和結(jié)構(gòu)特點(diǎn),依據(jù)仿生學(xué)原理,確定機(jī)器人各主要關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)尺寸和關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角范圍。在此基礎(chǔ)上,應(yīng)用動(dòng)力學(xué)仿真軟件進(jìn)行機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析,獲取機(jī)器人各關(guān)節(jié)負(fù)載軌跡。依據(jù)機(jī)器人關(guān)節(jié)軌跡和作動(dòng)器負(fù)載軌跡間的數(shù)學(xué)關(guān)系,進(jìn)行作動(dòng)器負(fù)載匹配,最終確定電液伺服作動(dòng)器的結(jié)構(gòu)尺寸(活塞、活塞桿以及行程)、電液伺服閥流量、壓力等參數(shù)。考慮機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力控制特點(diǎn),分析電液伺服作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)力模型特點(diǎn),提出基于動(dòng)力學(xué)模型的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力控制策略。通過(guò)速度補(bǔ)償器和流量補(bǔ)償器進(jìn)行負(fù)載補(bǔ)償,采用PID控制器進(jìn)行作動(dòng)器內(nèi)環(huán)驅(qū)動(dòng)力控制。通過(guò)動(dòng)力學(xué)模型生成驅(qū)動(dòng)力指令,采用位置外環(huán)和速度外環(huán)進(jìn)行力偏差信號(hào)補(bǔ)償,獲取電液伺服作動(dòng)器最優(yōu)驅(qū)動(dòng)力控制。建立機(jī)器人單腿運(yùn)動(dòng)學(xué)和擺動(dòng)相動(dòng)力學(xué)方程。通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)生成關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角指令,動(dòng)過(guò)動(dòng)力學(xué)獲取擺動(dòng)相各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力扭矩。建立機(jī)器人整機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,獲取機(jī)器人機(jī)身姿態(tài)與機(jī)器人各腿間的運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系。在此基礎(chǔ)上,建立機(jī)器人支撐相單腿動(dòng)力學(xué)方程,獲取機(jī)器人單腿與機(jī)器人機(jī)身約束力方程,進(jìn)一步建立機(jī)器人整機(jī)動(dòng)力學(xué)方程。為機(jī)器人平衡控制提供理論依據(jù)。應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室液壓四足機(jī)器人HD進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,分別進(jìn)行機(jī)器人單腿運(yùn)動(dòng)學(xué)、擺動(dòng)相單腿動(dòng)力學(xué)、支撐相驅(qū)動(dòng)力內(nèi)環(huán)位置外環(huán)力控制、支撐相驅(qū)動(dòng)力內(nèi)環(huán)速度外環(huán)力控制、機(jī)器人四腿平衡控制、三腿平衡控制和雙腿平衡控制等相應(yīng)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提控制策略的有效性。
【圖文】：

MIT足式機(jī)器人Fig.1-1MITlegrobot

圖 1-2 BISAM 四足機(jī)器人Fig.1-2 BISAM quadruped robot圖 1-3 KOLT 四足機(jī)器人Fig.1-3 KOLT quadruped robot2004 年，波士頓動(dòng)力公司推出了圖 1-4 所示電機(jī)驅(qū)動(dòng)的四足機(jī)器人LittleDog，LittleDog 主要用于足式機(jī)器人算法研究，，其體積和重量較小，但其上卻集成了傳統(tǒng)機(jī)器人所具有的關(guān)節(jié)傳感器、姿態(tài)傳感器以及相應(yīng)的通
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TP242

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本文編號(hào)：2681566