足式机器人是移动机器人研究领域中环境适应能力最强的一种机器人,能够在各种复杂的路面中行走,具有很高的应用价值。为了增强足式机器人在复杂地面的行走能力以及环境适应能力,本文主要对足式机器人单腿关节上的液压驱动单元进行力位控制和柔顺控制策略展开研究,主要包括以下五个部分。液压驱动单元建模与分析。液压驱动单元伺服控制的对象是液压驱动单元,主要由小型伺服液压缸、流量伺服阀、位移传感器和力传感器构成。通过计算分析出液压系统的位置控制和力控制的传递函数,构建出仿真模型,为后面的液压驱动伺服控制研究奠定基础。液压驱动单元位置控制算法与力控制算法分析。为了提高液压驱动单元的伺服控制性能,在液压驱动单元模型中加入不同的控制策略。本文针对足式机器人液压驱动单元设计了PID位置控制、模糊控制及鲁棒控制三种位置控制算法,然后设计了PID力控制和速度补偿控制两种力控制算法。通过理论计算与仿真实验来确定具体的参数,利用系统的响应速度与跟踪性能来评价控制算法的优劣,最终得到了不同算法的控制效果。建立液压单腿机器人的运动学模型和动力学模型。通过单腿机器人的尺寸与质量分布分别计算出了单腿机器人的运动学模型和动力学模型。通过单腿机器人的四连杆传动机构和直线导轨传动机构建立了关节角度和液压缸行程,关节力矩和液压缸输出力之间的关系。基于此研究了单腿机器人的运动以及受力情况,分析了液压驱动单元伺服控制性能对机器人关节运动控制的作用。关节阻抗控制分析。阻抗控制是实现柔顺控制的常用策略,通过力传感器和位移传感器实时反馈信号利用阻抗控制算法模拟出机器人关节期望的阻抗特性以达到单腿机器人柔顺控制的目的。本节主要分析了基于位置的阻抗控制和基于力的阻抗控制两种方法。对比二者的特征并根据机器人实际应用场景选取合适的策略。液压驱动单元伺服控制和单腿机器人柔顺控制实验。分别搭建液压驱动单元实验平台和单腿机器人实验平台。验证了液压驱动单元的位置控制算法和力控制算法并进行了分析。在单腿机器人上应用阻抗控制策略以减轻外部的冲击。实验结果显示本文研究的液压驱动单元伺服控制算法有效地减小了足底的冲击力,满足了柔顺控制的要求。