重载足式机器人关节驱动系统阻抗控制研究

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随着科技的不断发展,新世纪以来国际上对机器人技术的发展越来越重视。本文旨在用直驱式容积控制电液伺服系统来满足重载足式机器人承载能力大,灵活性好的要求,相比传统阀控更节能高效,用阻抗控制来使机器人能够顺利行走,用自适应来优化阻抗控制,而目前阻抗控制应用于直驱容积控制电液伺服系统的情况还并不多,在这方面还需要进一步研究探索。首先对于机器人单腿进行了三维模型建立,选取了一种几何解耦的四连杆机械腿模型,将关节位移通过简单的几何关系解算即可得到末端位移,建立了机器人的正逆运动学方程,搭建了动力学Sim Mechanics模型,并对机器人单腿进行了运动学分析验证,将计算足端位移和仿真模型位移进行了比较,验证了运动学方程的有效性,为关节阻抗控制的推广应用打下基础。然后对于新型直驱式容积控制系统动力机构进行了建模,对于一些环节进行了适当的简化,并对于整个模型系统进行了前馈校正,将仿真伯德图其调整至2Hz双十指标。接着又建立了基于位置的阻抗控制系统模型,在位置环的基础上引入了力闭环,对阻抗控制参数对于系统性能的影响进行了分析,在关节驱动系统模型的基础上,对单自由度的基于位置的阻抗控制的力跟踪效果进行了仿真分析,并对力信号的跟踪响应曲线进行了实验验证,得出了理论分析的正确性,阻抗控制能够满足在有期望力的同时减小接触力峰值的要求。在对阻抗进行优化设计时,根据相关文献选取了相对稳定适合减小接触力峰值的间接自适应控制器的设计方案,给出了间接自适应的推导过程,然后对这种设计的间接自适应控制器进行了环境位置和环境刚度发生变化时的情况和动态期望力响应,通过仿真对比,发现设计的自适应控制器性能良好。在实验过程中虽未达到最优状态,但是能达到减少接触力峰值的目的,其实验对比的情况比较理想。针对实验过程中存在的不足,提出了一些改进建议。
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