液壓四足機器人單腿關節(jié)解耦控制及力-位切換控制研究.pdf

1、液壓四足機器人作為冗余傳動的代表，運動支鏈間的多自由度運動耦合給機器人多關節(jié)協調運動帶來極大挑戰(zhàn)。在機器人行進時伴隨著落足時刻的地面沖擊，使得機器人在進行力和位置切換時存在一定的抖動。因此，如何實現液壓四足機器人腿部各關節(jié)間的解耦，以及力和位置的平順切換是目前亟需解決的問題之一。本文以液壓四足機器人的單腿為研究對象，對機器人單腿進行關節(jié)解耦控制和力/位切換控制研究。
　　基于對液壓四足機器人的腿部結構和液壓伺服驅動系統(tǒng)的分析，采用

2、拉格朗日方法建立機器人單腿機構的動力學模型?？紤]到液壓系統(tǒng)對機器人性能的影響，建立機器人腿部液壓伺服驅動系統(tǒng)的模型，從而獲得液壓四足機器人單腿的整體模型，為機器人的解耦控制提供依據。
　　針對液壓四足機器人腿部各關節(jié)間存在的耦合問題，根據機器人腿部機構的動力學方程，推導出液壓四足機器人大腿和小腿兩個關節(jié)的耦合動力學關系，分析大腿和小腿加速度對關節(jié)耦合作用的影響。根據多變量解耦理論，設計PID神經網絡解耦控制器和神經網絡模型參考解耦

3、控制器，并基于預測控制理論，提出基于預測的神經網絡模型參考解耦控制方法，利用李雅普諾夫穩(wěn)定性定理分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。進行仿真和樣機實驗研究，將基于預測的神經網絡模型參考解耦控制方法與PID神經網絡解耦控制方法和神經網絡模型參考解耦控制方法進行對比，驗證該算法對機器人大腿和小腿間的解耦效果。
　　針對機器人行走運動的特點，進行位置/力分段切換控制研究，對機器人的行程進行分段控制。當機器人足端未接觸地面時，進行關節(jié)位置控制；當機器人足端

4、接觸地面時，進行關節(jié)力控制。在機器人關節(jié)位置控制時，針對不同運動階段對速度的不同要求，設計速度PID控制算法，實現機器人在接觸地面之前的精確定位控制。在機器人關節(jié)力控制時，針對機器人與地面接觸過程中存在大量的不確定性干擾，提出基于負載力補償的自抗擾控制策略，以抑制機器人與地面接觸時外部環(huán)境的擾動，實現精確、穩(wěn)定的力控制。在機器人進行力和位置切換時，針對切換過程產生的抖動問題，提出模糊多模型切換算法，以實現力和位置的平順切換，進行仿真和樣