液压驱动四足机器人步行运动控制仿真与实验

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四足仿生机器人作为机器人领域的重要分支,由于其运动的灵活性、稳定性与一定环境适应能力等特点,被广泛用于地理探索、物资运输、抢险救灾等领域。液压驱动以高功率密度比、快速响应、出力大等特点,在大负载能力的四足机器人中应用潜力巨大。由于液压驱动系统的非线性,在大负载的运动控制中有一定难度。因此,本论文针对液压驱动的四足机器人步行运动控制存在的问题,开展仿真与实验研究。论文运用D-H法对四足机器人进行正、逆运动学建模,推导了四足机器人运动学方程。并结合液压缸伸缩运动关系,建立了四足机器人单腿运动变量与驱动变量之间的关系,并确定了其单腿运动空间。根据四足机器人运动稳定性原则,参考四足机器人腿部运动空间,规划四足机器人迈步策略,通过单腿力雅可比矩阵,对四足机器人运动中各关节力进行分析,确定迈步参数。在ADAMS软件中建立四足机器人仿真模型,将设计的迈步策略转化为仿真模型的驱动函数,对设计步态进行仿真验证。采用LabVIEW软件,编写了液压四足机器人整机平台的主控程序,实现对液压四足机器人的实时控制。针对比例阀中位重叠问题提出死区补偿PID控制策略,提高了液压缸位置跟踪性能;通过足端力传感器,对四足机器人整机实体重心投影点进行位置控制,通过整机实验,实现了四足机器人静步态稳定行走。
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