【摘要】：液壓驅(qū)動(dòng)型足式機(jī)器人每條腿有多個(gè)主動(dòng)自由度,每個(gè)主動(dòng)自由度一般均安裝一個(gè)高集成性的液壓驅(qū)動(dòng)單元,液壓驅(qū)動(dòng)單元可大幅提升機(jī)器人各關(guān)節(jié)的功重比,有助于提升機(jī)器人整機(jī)的運(yùn)動(dòng)性能和負(fù)重能力。特別是其與柔順控制相結(jié)合,可有效緩解外界剛性沖擊,又有助于保證機(jī)器人機(jī)身結(jié)構(gòu)和附帶的電氣設(shè)備不受破壞。但液壓驅(qū)動(dòng)單元引入的同時(shí),帶來了強(qiáng)非線性、參數(shù)時(shí)變性和負(fù)載復(fù)雜多變性等一系列液壓系統(tǒng)的共性問題,這些問題使各關(guān)節(jié)的高精度高響應(yīng)和機(jī)器人柔順控制難度加大。若能從根本上解決機(jī)器人腿部液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的柔順控制問題,將有助于促進(jìn)液壓驅(qū)動(dòng)型足式機(jī)器人加快走出實(shí)驗(yàn)室,加速其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進(jìn)程。本文旨在解決足式機(jī)器人腿部液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的最佳柔順控制問題,重點(diǎn)開展以下研究工作:(1)研究腿部液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)基于位置及力的阻抗控制實(shí)現(xiàn)方法。建立足式機(jī)器人腿部液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,涵蓋機(jī)械結(jié)構(gòu)建模、運(yùn)動(dòng)學(xué)建模、動(dòng)力學(xué)建模以及液壓驅(qū)動(dòng)單元位置及力控制系統(tǒng)建模;研究適用于腿部液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基于位置及力的阻抗控制方法,搭建控制方法的非線性仿真模型,在多工況下對(duì)比分析兩種阻抗控制方法的控制性能;搭建腿部液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、腿部液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及液壓驅(qū)動(dòng)單元性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái),在多工況下實(shí)驗(yàn)測(cè)試兩種阻抗控制方法控制性能,驗(yàn)證仿真結(jié)果,分析控制效果。(2)研究腿部液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)基于位置及力阻抗控制參數(shù)靈敏度特性。推導(dǎo)精度較高的二階矩陣靈敏度分析方法,在多工況下進(jìn)行基于位置及力阻抗控制的12個(gè)參數(shù)靈敏度動(dòng)態(tài)分析;設(shè)計(jì)兩種靈敏度衡量指標(biāo),量化靈敏度動(dòng)態(tài)分析結(jié)果;利用正交試驗(yàn)方差分析方法,研究不同工況下各參數(shù)靈敏度變化規(guī)律;利用腿部液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與腿部液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載模擬平臺(tái),進(jìn)行靈敏度分析實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。(3)研究腿部液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)柔順性控制原理。當(dāng)系統(tǒng)分別采用基于位置和基于力的阻抗控制方法時(shí),進(jìn)行液壓驅(qū)動(dòng)單元的動(dòng)態(tài)柔順性分析,研究?jī)煞N阻抗控制內(nèi)外環(huán)所具備的動(dòng)態(tài)剛度串并聯(lián)構(gòu)成;通過腿部機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析,把液壓驅(qū)動(dòng)單元的動(dòng)態(tài)柔順性控制方法延伸應(yīng)用到腿部液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);利用腿部液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與腿部液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載模擬平臺(tái),實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證兩種阻抗控制方法對(duì)腿部液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)柔順性控制的效果。(4)研究液壓驅(qū)動(dòng)單元基于位置及力的阻抗內(nèi)環(huán)復(fù)合控制方法。針對(duì)腿部液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)基于位置及力的阻抗控制,提出改善液壓驅(qū)動(dòng)單元控制性能的整體控制策略;針對(duì)內(nèi)環(huán)抗干擾問題,研究基于位置及力的阻抗控制的內(nèi)環(huán)動(dòng)態(tài)剛度補(bǔ)償控制方法;針對(duì)內(nèi)環(huán)控制跟隨性能問題,研究位置及力控制系統(tǒng)輸入誤差補(bǔ)償控制方法,并與內(nèi)環(huán)動(dòng)態(tài)剛度補(bǔ)償相結(jié)合,形成基于位置及力的阻抗內(nèi)環(huán)復(fù)合控制方法;應(yīng)用液壓驅(qū)動(dòng)單元性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái),實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證控制方法的控制效果。(5)研究腿部液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的最佳阻抗復(fù)合控制方法。分析各關(guān)節(jié)液壓驅(qū)動(dòng)單元不同阻抗控制的控制效果,匹配各關(guān)節(jié)阻抗控制;在多工況下實(shí)驗(yàn)研究不同方案時(shí)腿部液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)柔順控制性能,最終給出一種腿部液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的最佳阻抗復(fù)合控制方法。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP242

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2760140