负载能力是衡量机械臂性能重要指标,由于关节型机械臂多为电机直接驱动,工作过程中电机随关节一起运动,导致关节输出转矩受制于驱动电机的重量,转矩越大所需要的电机尺寸就越大,电机自重对负载能力的影响也越大。本文提出将电液直驱技术作为关节型机械臂的动力驱动方式以提高其负载能力,基于此设计了一种电液直驱五轴机械臂系统,并采用模糊自适应PID算法优化电液直驱系统的性能。电液直驱机械臂关节的主要特点有:(1)电液直驱关节是一种间接驱动关节,通过油路将驱动电机与关节油缸分离减小了关节的体积、重量;(2)液压油缸具有很高的能量密度,同等体积下输出转矩远高于电机减速器的组合;(3)电液直驱是一种转速容积泵控系统,其控制对象是伺服电机,相对于液压阀控系统具有体积小、易控制、结构精简、能效高、污染低的特点。真实机械臂工作时要受到惯性、转动惯量、摩擦力、障碍物等因素的影响,这些影响因素往往是非线性或难以预测的。为了获得接近真实的仿真效果,运动仿真往往在带有物理引擎的仿真环境进行。本文采用ROS框架下的轨迹规划软件Moveit!与物理仿真环境Gazebo联合仿真的形式对机械臂进行了高效、真实、可视化的轨迹规划仿真。具体研究内容如下:电液直驱五轴机械臂结构设计。电液直驱机械臂具有特殊的结构形式,其关节控制对象是伺服电机,执行机构是液压油缸,而且每个关节是独立驱控的模块化结构。整机结构可划分为:单个关节液压系统、关节机械传动结构、整机臂型结构。通过分析电液直驱机械臂系统的特点,主要从液压系统动态性能优化、轻量化原则两个方面进行了有针对性地设计、选型。设计出了一款结构紧凑、重量轻、模块化的五轴机械臂。电液直驱系统控制性能研究。电液直驱技术最主要的缺点是系统动态性能不高,除此之外,电液直驱技术作为机械臂关节动力驱动还存在许多非线性因素。本文通过建立电液直驱系统的数学模型,分析了影响系统动态性能的主要参数,采用模糊自适应PID算法对系统中存在的非线性扰动加以抑制,并通过AMEsim-Simulink联合仿真的形式模拟了的模糊自适应PID控制器的控制效果,结果显示模糊自适应PID算法比常规PID算法在控制效果上有一定的改善。基于Gazebo的物理仿真方法研究。充分利用目前流行的机器人操作系统ROS的便利性,以本文所设计五轴机械臂hybot为例,研究了轨迹规划器Moveit!与物理仿真环境Gazebo联合仿真的实施过程。事实证明,这种方法可以快速搭建机械臂仿真环境,并进行高质量的物理仿真,极大地高了机械臂控制软件的研发效率。