基于力伺服的液压足式机器人单腿阻抗控制的研究

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1、硕士学位论文基于力伺服的液压足式机器人单腿阻抗控制的研究RESEARCHONIMPEDANCECONTROLBASEDONFORCESERVOFORLEGOFHYDRAULICLEGGEDROBOT储振哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TB242.3学校代码：10213国际图书分类号：618.5密级：公开工学硕士学位论文基于力伺服的液压足式机器人单腿阻抗控制的研究硕士研究生：储振导师：王树国教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB242.3U.D.C:618.5D

2、issertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONIMPEDANCECONTROLBASEDONFORCESERVOFORLEGOFHYDRAULICLEGGEDROBOTCandidate：ChuZhenSupervisor：Prof.WangShuguoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicsEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：Jun

3、e,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要足式机器人因对复杂地形和恶劣环境强大的适应能力，故在军事行动、地震救援和野外探测等领域有广阔的应用前景。而液压驱动具有动态性能好、功率密度大、抗电磁干扰能力强等优点，使得其可以满足足式机器人对负载能力和运动性能等方面越来越高的要求。足式机器人因行走需要，跟环境的接触是无法避免的，而高刚度的位置控制所带来的冲击会严重影响机器人的行走稳定性，所以迫切需要实现对机器人腿部的柔顺控制。因此，本文以实现液压驱动单元的力伺服以及在此基础

4、上实现足式机器人单腿的变阻抗控制为目标，进行以下方面研究。进行液压驱动单元模型的分析，建立液压驱动单元力伺服系统的数学模型与仿真模型。通过对其中的非线性环节进行线性化，得到其传递函数，并进行系统的稳定性分析；在此基础上依据多余力的定义给出负载速度补偿模型，并通过对传递函数特性的分析验证其有效性；此外，建立并分析基于力伺服的阻抗控制模型，且在此基础上完成单腿阻抗控制模型的建立与分析。为研究液压驱动单元力伺服控制的特性，设计双液压缸对顶实验平台；应用嵌入式QNX系统，创建多线程任务，并给出该力伺服控制算法及其在线程中的具体应用形式；对实验平台系统进行Simulink建模和仿真，并通过仿

5、真和实验验证PI控制结合速度补偿控制算法在液压驱动单元力伺服系统上应用的有效性。为研究基于力伺服的单腿阻抗控制特性，搭建单腿实验平台；完成实验平台的软硬件设计，并通过拟合简化单腿阻抗控制算法使其便于在控制程序中应用；在单腿实验平台上进行阻抗控制实验，通过单关节与单腿阻抗控制实验，验证基于力伺服的阻抗控制算法在单关节和单腿上的有效性，实验结果表明该算法能够实现变阻抗控制的目标，且能在冲击的情况下实现主动柔顺性。关键词：足式机器人；液压驱动单元；力伺服；阻抗控制-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractLeggedrobothasbroadapplicationprospec

6、tsinmilitaryoperations,earthquakerescue,fieldexplorationandotherfieldsduetoitsstrongadaptivecapacitytocomplexterrainsandharshenvironment.Thehydraulicdrivehasgooddynamicperformance,largepowerdensityandanti-electromagnetisminterferencecapabilitysothatitcanmeetthegrowingrequirementsofleggedroboto

7、nloadabilityandmovementperformance.Contactingwiththeenvironmentisinevitabletoleggedrobotbecauseofwalking,anditsstabilitywillbeseriouslyaffectedbyhighrigiditypositioncontrol.Soitisanurgentneedtoimplementthelegcompliancecontrolforthelegge