双足机器人液压动力单元的设计与控制研究

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双足机器人凭借其仿人的结构与运动学特点,在非结构化环境中具有较强的适应能力,而液压系统具有功率密度大、快速动态响应的优点,被广泛应用于双足机器人驱动系统中。液压双足机器人成为了当前的热门研究方向。液压动力单元是机器人液压系统的核心供能模块,其微型化、轻量化设计是液压双足机器人的核心研究方向之一。本文在分析总结国内外液压机器人动力单元研究现状的基础上,针对本课题研发的液压双足机器人平台,设计了一种新型的微型液压动力单元,并提出了流量与压力的控制方法,取得了良好的控制效果。主要研究内容如下:首先,对液压动力单元的设计进行需求分析。利用机器人的步态数据对机器人腿部各运动关节进行运动学分析,并结合机器人整体结构与关节驱动器的性能参数得到了机器人的压力与流量需求,确定了液压动力单元的设计指标。其次,对液压动力单元进行设计与搭建。设计了一种闭式正压液压回路,提高了动力单元的紧凑性与能量利用效率,并对液压系统中各器件进行了选型设计,针对关键零部件进行了减重设计,保证了系统的高功率与轻量化特性,完成高功率密度液压动力单元整体实物的搭建工作。接着,对液压动力单元控制方法进行设计。分析了无刷直流电机与齿轮泵的工作原理,并进行数学建模,在MATLAB/Simulink中搭建了系统整体仿真模型。为了在满足机器人需求的同时减少能量损耗,提出了一种迭代学习自适应模糊控制方法,控制系统的输出流量和压力,并通过系统仿真实验验证了该方法的有效性。最后,搭建了液压动力单元控制系统的实验平台,对液压动力单元的输出性能和控制性能分别进行了实验,结果表明系统具有较高的能量利用率,能够在使用需求下稳定、可靠地运行,且所提出的控制策略能够很好地应用于液压动力单元,取得了良好的流量控制和压力控制效果。
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