HyQ设计——液压和电驱动四足机器人

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1、外文翻译题目_HyQ设计——液压和电驱动四足机器人学生姓名******专业班级机设11——*班学号54110201011*院（系）机电工程学院指导教师(职称)******完成时间2014年3月22日HyQ设计——液压和电驱动四足机器人摘要:一个新的多功能液压驱动四足机器人(HyQ)已经发展成作为一个平台来研究不仅高度动态的运动,如跑步和跳跃,而且也小心导航非常崎岖的地形。HyQ站高1米,重约90公斤,和功能12扭矩调节器关节由液压和电动执行机构的结合。液压驱动机器人与更传统的电驱动机器人相比，能执行强大的和动态的动作。介绍了机器人的设计和规范,提出了四足动

2、物的硬件平台上的细节,如机械设计的四个铰接腿和躯干的框架,以及液压系统的配置。从第一个步行实验,结果与试验研究使用之前构建的原型的腿。关键词:四足机器人设计、液压四足动物腿机、液压驱动1、简介移动机器人的发展平台是一个重要和活跃的研究领域。在这个领域,重点是发展轮式或履带式系统非常有效地应对平面和结构良好的固体表面(如。实验室和道路)。近年来,已经有相当多机器人车辆的成功应用,甚至应用于越野条件[1]。然而,轮式机器人导航在不均匀和崎岖的地形还有很大的局限性和困难。这些限制和腿动物的能力鼓励研究人员过去几十年专注于生物启发的建设有腿的机器。这些机器人有可能

3、超越传统设计的车轮和轨道的灵活性和多功能性。现有的绝大多数腿机器人,现在和今后会继续由降低高传动比的电动马达驱动器驱动,因为他们有在规模、价格、易用性和精度控制上的优点，所以它很受欢迎。然而,电动马达相对于他们的尺寸和重量输出小型扭矩,从而减少高比率基本速度转化为驱动扭矩。不好的是,这种方法会导致系统以减少的速度能力和被动生物性有限,因此不太适合在不可预见的地形差异中进行高度动态的运动和交互。显著的例子这样的腿机器人:机器人合等[2]的两足动物系列,丰田仿人机器人[3],和本田的ASIMO[4];四足机器人一系列Hirose等。索尼爱宝[5][6],和小狗

4、[7]。结合高位置控制和运动规划,这些机器人已经证明了静态和准静态稳定行走步态,另外所有上述两足动物在平地上运行。然而,这些机器人都不能在未知的不规则的地面上运行。这些未被察觉的地面变化禁止一个精确的运动规划,导致每次机器人的脚撞到地面时产生高瞬时扭矩峰值。齿轮容易打破的原因是当降低接头刚度设计开发，超过最大允许扭矩。一个可能的解决方案是使用弹簧结合电动马达,在儿童早期开发的腿[8],两足动物火烈鸟[9],四足机器人的铁拳[10],童子军[11],KOLT[12]。后两个四足机器人能够平地上分别执行边界并且小跑。铁拳机器人成功演示了两步法。除了允许腿系统的

5、开发能够适应地形不规则,合规也可以帮助减少能源消耗,或提高没有获得一个僵硬的结构的机器人性能实现机械功率峰值。然而,引入传输的灵活性也可以通过控制系统构成对跟踪性能的限制因素。这些系统的动力学比一个僵硬的机器人更复杂的。内在合规诱发振荡的振幅和自然频率降低了。为了防止这些振荡的产生,控制系统的带宽与刚性机器人的闭环带宽相比，通常必须大幅降低。这大大限制了机器人的性能,在动态运动中阻碍精确控制。这个平衡必须认真加以解决。一种可能性是根据机器人的质量,运动学和地面属性选择合适的弹簧刚度和阻尼系数。然而这种方法,创建了一个特殊目的机缺乏通用性,因为它和最佳跳跃频

6、率、机器人质量、弹簧刚度密切相关。变刚度装置将是有益的,但目前由于其机械结构复杂,尺寸,重量,以及集成很难适用于多自由度机器人[13]。因此,一个更有趣的方法是通过扭矩调节器关节积极控制腿刚度。在后一种情况下,只有数量有限的身体被动合规脚下是必要的,主要是为了解决初始影响避免颤振脚[14]。由于电动马达目前没有高功率重量比,同时也不能为高度动态的机器人够提供所需的速度和力量,通常使用其他驱动的方法。虽然电力驱动的有腿的机器人不常见,气动执行机构有可能解决这些性能需求和影响场景。有两个有趣的和重要的替代电动马达。例如,气动缸开动两足机器人的关节Dexter[

7、15]和四足机器人短程空中旅行[16]。这两种机器人都能够执行垂直跳跃，用他们的腿安稳着陆。同时,编织气压肌肉致动器(pMA)驱动的机器人,比如跳两足动物无忌(17)和四足动物索尔福德气动狗[18],显示发电潜力和影响这肌肉型气动驱动技术的稳健性。虽然气动肌肉在短时间内能够提供一个爆炸性的力量,由于其高度非线性输出力收缩关系和大滞后,他们很难控制[19]。像生物肌肉,它们是单向表演元素。因此,对抗配置两个肌肉必须开动一个常规的转动关节。另一方面,气动缸更容易控制,但是由于其固有的合规(压缩空气)和低功率重量比,他们遭受低控制带宽[20]。因此,这两种类型的

8、气动执行器不太适合肌肉腿机器人。雷伯特等在1980年代和1990年