液压四足机器人关节控制研究

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1、工学博士学位论文液压四足机器人关节控制研究孙桂涛哈尔滨理工大学2015年6月国内图书分类号：TP271.31国际图书分类号：681.5.012工学博士学位论文液压四足机器人关节控制研究博士研究生：孙桂涛导师：邵俊鹏教授申请学位级别：工学博士学科、专业：机械制造及其自动化所在单位：机械动力工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学博±学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的博±学位论文《液压四足机器人关节控制研究》，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读博±学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知

2、，论文中除己注明部分外不包含他人己发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中！＾明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：曰期ｏ〇／ｒ年（月＾公曰醜採躬哈尔滨理工大学博±学位论文使用授权书《液压四足机器人关节控制研究》系本人在哈尔滨理工大学攻读博±学位期间在导师指导下完成的博±学位论义。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有。本人完全了解哈尔滨理，本论文的硏究内容不得Ｗ其它单位的名义发表工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部口提交论文和电子版本，允许论

3、文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可Ｗ公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于保密□，在年解密后适用授权书。不保密因／（请在上相应方框内打Ｖ）作者签名：孫化日反年如。曰爲导师签名ClassifiedIndex:TP271.31U.D.C:681.5.012DissertationfortheDoctorDegreeinEngineeringResearchonJointcontrolofHydraulicQuadrupedRobotCandidate：SunGuitaoSup

4、ervisor：Prof．ShaoJunpengAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpecialty：MechanicalManufacturingandAutomationDateofOralExamination：June,2015University：HarbinUniversityofScienceandTechnology摘要液压四足机器人关节控制研究摘要液压四足机器人具有承载力大、功率密度高、结构紧凑、体积小、越障能力强等特点，适合运行于野外复杂环境中。实现机器人以不同步态的稳定运行、外

5、扰力下的自平衡以及运行于非结构路面时机器人机身姿态的调整等均是通过对机器人腿部各关节的协调控制实现的。机器人高精度的关节控制是实现机器人稳定运行的前提和基础。液压四足机器人已有的研究成果多集中于机器人步态，对液压四足机器人关节控制技术进行深入研究，探索影响机器人关节控制精度的因素，研究提高关节控制精度的控制策略不仅具有理论意义而且具有较高的实用价值。针对液压四足机器人电液伺服作动器在摆动相和支撑相的工况特点，应用负载等效原则分别建立液压四足机器人电液伺服作动器在摆动相、刚性支撑相和弹性支撑相的等效数学模型，研究影响电液伺服作动器模型结构和模型参数的因素

6、，应用AMESim仿真软件建立液压四足机器人在摆动相和支撑相的单腿仿真模型，模拟不同工况下电液伺服作动器的阶跃响应特性和位置跟踪特性，为后续研究提供理论依据。建立液压四足机器人电液伺服作动器在支撑相的驱动力模型，研究直接进行电液伺服作动器驱动力控制的限制因素，采用伺服阀流量补偿器和速度补偿器消除电液伺服作动器等效负载质量、等效弹簧刚度、外干扰力等因素变化对系统性能的影响；基于上述补偿环节，通过比例、积分控制器构成的内环控制器和改进最小控制综合控制器组成的外环控制器的共同作用提高电液伺服作动器的驱动力伺服精度。针对仅在摆动相进行关节转角伺服的作动器，采用

7、预报误差法辨识出作动器模型参数并给出其模型误差模型，基于结构奇异值理论，设计作动器鲁棒控制器并引入前馈最小控制综合算法对作动器进行相位补偿，以提高摆动相关节转角伺服精度。针对在摆动相和支撑相均进行关节转角伺服的作动器，采用比例内环控制器进行作动器控制以使其在不同工况下均具有一定的鲁棒性和抗外力干扰能力，在此基础上，基于幅相控制理论对系统进行幅值和相位补偿以获得所需的关节转角伺服精度。-I-哈尔滨理工大学工学博士学位论文采用液压四足机器人单腿测试平台系统进行实验研究，分别进行液压四足机器人电液伺服作动器在摆动相、刚性支撑相和弹性支承相的阶跃响应实验、支撑

8、相关节驱动力实验、摆动相关节转角跟踪实验以及作动器在摆动相和支撑相周期运动过程中的机器人关节转