四足机器人液压系统节能策略研究

摘要

液压四足机器人是面向未来战场中复杂地面环境作战需求的军用机器人，在国防领域发挥着重要作用。液压系统作为支撑四足机器人行进运动的核心技术之一，其系统节能策略的研究具有十分重要的应用价值和军事意义。本课题以四足机器人液压系统为研究对象，在理论分析其运动机理的基础上对其展开节能策略研究。
　　对四足机器人运动学建模分析，推导正运动学、逆运动学，得到关节液压缸的运动方程；对四足机器人进行步态分析，完成足端轨迹规划；结合理论分析结果利用Matlab、ADAMS、AMEsim分别建立控制系统、动力学模型以及液压系统模型，并联合三个软件搭建四足机器人仿真平台；利用仿真平台对现有恒压力供油液压系统的工作特性和能耗特性进行仿真分析，明确节能策略研究方向。
　　针对四足机器人关节执行器压力需求与供油压力不匹配的现象，提出采用变供油压力控制策略，分模块建立控制系统模型，并对系统供油压力计算采取压力裕量补偿的方式；结合四足机器人的工作实际需求，提出了分组供油策略，介绍关节类型分组和腿分组两种分组方式；最后分别对关节独立供油、关节类型分组、腿分组的变供油压力控制策略进行仿真，分析其对于四足机器人的控制特性影响和节能效果。
　　针对伺服阀双边节流损失严重的特点，对独立节流控制策略进行理论分析，对变供油压力的独立节流控制策略进行节能研究，利用仿真平台分析其节能效果和控制特性；从节约系统流量尤其是摆动相流量角度出发，提出差动回路与伺服阀系统切换控制的省流量液压系统，并对其进行仿真分析。
　　搭建四足机器人单腿实验台，结合实验台的工作特点对摆动相、支撑相两种运动相位分别展开实验。基于Simulink Real-Time模块搭建控制系统，利用比例减压阀作为油源压力调节控制器，通过控制两个关节比例减压阀信号的同异性，分别进行关节独立供油和单腿供油两种控制策略实验研究。通过对变供油压力控制策略的实验研究，验证了变供油压力控制策略具有良好的控制性能和节能效果。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 液压四足机器人研究现状及分析

1.3 液压系统节能策略研究现状

1.4 主要研究内容

第2章 四足机器人运动分析与仿真平台建模

2.1 引言

2.2 运动学分析

2.3 步态分析与足端轨迹规划

2.4联合仿真平台

2.5 恒压力供油液压系统仿真分析

2.6本章小结

第3章 变供油压力系统控制策略研究

3.1 引言

3.2 变供油压力液压系统控制策略

3.3 变供油压力液压系统分组策略

3.4 变供油压力液压系统仿真分析

3.5 本章小结

第4章 独立节流系统控制策略研究

4.1 引言

4.2 独立节流液压系统

4.3省流量液压系统

4.4 本章小结

第5章 变供油压力系统实验研究

5.1 引言

5.2 变供油压力控制系统实验台

5.3 变供油压力控制策略实验研究

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

声明

致谢