液壓驅(qū)動(dòng)足式機(jī)器人.docx

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1、HarbinInstituteofTechnology文化素質(zhì)講座報(bào)告題目：液壓驅(qū)動(dòng)足式機(jī)器人技術(shù)院系：機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)：流體傳動(dòng)及控制系班級(jí)：1008107姓名：張浩然學(xué)號(hào)：1103200109一.概述1.電液伺服控制技術(shù)概述電液伺服控制技術(shù)作為連接現(xiàn)代微電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，和液壓技術(shù)的橋梁，已經(jīng)成為現(xiàn)代控制技術(shù)的重要構(gòu)成，具有線性好，死區(qū)小，靈敏度高，動(dòng)態(tài)性能好，響應(yīng)快，精度高等顯著優(yōu)點(diǎn)。電液伺服控制系統(tǒng)由液控單元，伺服油缸，動(dòng)力油三大部分組成。系統(tǒng)的應(yīng)用歸納起來(lái)共有以下幾種方式：閥控油缸伺服系統(tǒng)，閥控馬達(dá)伺服系統(tǒng)和泵控馬達(dá)伺服系統(tǒng)。電液伺服控制系統(tǒng)

2、具有的優(yōu)點(diǎn)如下：（1）液壓元件的功率-重量比和力矩-慣量比（或力-質(zhì)量比）大，傳遞的力（或力矩）和功率很大，因而可以組成體積小，重量輕，加速能力強(qiáng)和快速動(dòng)作的伺服系統(tǒng)，來(lái)控制大功率或大負(fù)載。（2）液壓執(zhí)行元件響應(yīng)速度快，在伺服控制中采用液壓執(zhí)行元件可以使回路增益提高，頻帶加寬。（3）抗負(fù)載的剛性大，因此控制精度高。除此之外，還有元件的潤(rùn)滑性好，壽命長(zhǎng)，易實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，過(guò)載保護(hù)容易等優(yōu)點(diǎn)。電液伺服控制系統(tǒng)具有的缺點(diǎn)如下：（1）由于工作介質(zhì)是油液，易出現(xiàn)泄漏，污染環(huán)境。（2）液壓伺服元件加工精度高，因而價(jià)格貴。（3）易受油液污染的影響。2.足式機(jī)器人概述目前，

3、常見(jiàn)的步行機(jī)器人以兩足式，四足式，六足式應(yīng)用較多，以美國(guó)和日本的足式機(jī)器人研究最具代表性，其中，美國(guó)的bigdog機(jī)器人能以不同的步態(tài)在惡劣的地形上攀爬，可以負(fù)載高達(dá)52kg的重量，爬升斜坡可達(dá)35°，其腿關(guān)節(jié)類似動(dòng)物腿的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)并且安裝有吸收振動(dòng)部件和能量循環(huán)部件，同時(shí)，腿步連有很多傳感器，其運(yùn)動(dòng)通過(guò)伺服電機(jī)來(lái)控制，該機(jī)器人機(jī)動(dòng)性和反應(yīng)能力都很強(qiáng)，平衡能力極佳，但由于汽油發(fā)電機(jī)需攜帶油箱，故工作時(shí)受環(huán)境影響大，可靠性差，另外由于采用的是電液伺服控制系統(tǒng)，所以行走時(shí)引擎會(huì)發(fā)出怪異的噪聲。另外日本千葉大學(xué)以平地低速行走，不怕坡功能為主的comet-tv機(jī)器人

4、和日本chukyouniversuty以低速行走，爬坡為主的TTTANXI機(jī)器人也是足式機(jī)器人的典型代表。綜上所述，足式機(jī)器人因具有在陸地推進(jìn)效率高；穩(wěn)定性，地形適應(yīng)性強(qiáng)；是常規(guī)移動(dòng)不可達(dá)區(qū)域的最佳解決方案等巨大的優(yōu)勢(shì)，從而成為未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)以，工業(yè)生產(chǎn)以及勘探開(kāi)采的重要手段之一。二.電液伺服控制技術(shù)在足式機(jī)器人中的應(yīng)用足式機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，作為一個(gè)主要靠機(jī)械打造的剛性體，與地面因?yàn)樽矒舳a(chǎn)生可觀的沖擊載荷，而且載荷的大小和方向都始終呈現(xiàn)無(wú)規(guī)律的變化，以美國(guó)的BigDog機(jī)器人為例，它的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由一個(gè)變量活塞泵在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下同時(shí)對(duì)16個(gè)液壓執(zhí)行器

5、實(shí)施油壓的輸出，以達(dá)到功率輸出的目的，液壓傳動(dòng)有2大特性：液壓系統(tǒng)的油壓大小取決于外界負(fù)載，執(zhí)行元件的速度取決于液壓系統(tǒng)的流量，這2點(diǎn)恰好與足式機(jī)器人肢體的負(fù)載及關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)。發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)機(jī)器人機(jī)體各關(guān)節(jié)所承載的負(fù)荷及轉(zhuǎn)速，控制自身轉(zhuǎn)速進(jìn)而控制活塞泵的油壓輸出，適應(yīng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)變化的動(dòng)力需求，并具有預(yù)測(cè)的能力，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度越快，或者機(jī)體姿態(tài)變化越劇烈，相應(yīng)的油壓輸出就越大，反之亦然，從而實(shí)現(xiàn)了足式機(jī)器人極強(qiáng)的適應(yīng)地形變化能力。足式機(jī)器人在動(dòng)力學(xué)方面充分利用了液壓傳動(dòng)的特性，把動(dòng)力學(xué)的分析和計(jì)算轉(zhuǎn)移到液壓系統(tǒng)的控制中完成，液壓系統(tǒng)的力和扭矩輸出主要取決

6、于終端執(zhí)行器的負(fù)載，根據(jù)負(fù)載的大小和變化，調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓總路油壓的控制，再通過(guò)電液伺服閥控制進(jìn)入單個(gè)執(zhí)行器的油壓，流量和流速等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)負(fù)載的變化對(duì)應(yīng)輸出與之平衡的力和扭矩，還包括加速和減速的情況。然而利用電機(jī)控制的足式機(jī)器人，需要預(yù)測(cè)下一時(shí)段各個(gè)關(guān)節(jié)的負(fù)載，設(shè)定電機(jī)的輸出，但是這個(gè)輸出無(wú)法達(dá)到液壓快速實(shí)現(xiàn)與負(fù)載平衡的輸出效果。電機(jī)的輸出或大于終端的負(fù)載，或小于終端的負(fù)載，只在少數(shù)情況下兩者剛好平衡，這就是常見(jiàn)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)足式機(jī)器人在行走時(shí)，機(jī)身多數(shù)會(huì)出現(xiàn)晃動(dòng)的原因，即受力不平衡，而液壓驅(qū)動(dòng)的足式機(jī)器人，除非遭受突然的外力作用，大多數(shù)情況下

7、都能處于動(dòng)態(tài)的平衡中，關(guān)鍵還是它的液壓系統(tǒng)的適應(yīng)能力發(fā)揮了決定性的作用，當(dāng)液壓驅(qū)動(dòng)的足式機(jī)器人進(jìn)行加速的時(shí)候，輸出的扭矩需要大于當(dāng)前的負(fù)載，這是利用了伺服閥的控制流速的功能，當(dāng)某個(gè)執(zhí)行器所在肢體載荷突然增大，也可利用伺服閥的增壓功能，實(shí)現(xiàn)在執(zhí)行器中油壓大于總路油壓的性能。足式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)效率主要取決于3個(gè)方面：運(yùn)動(dòng)方式造成的內(nèi)耗，機(jī)械結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)效率和控制造成的內(nèi)耗。運(yùn)動(dòng)方式的內(nèi)耗包括重心的欺負(fù)，腿部相對(duì)機(jī)身的擺動(dòng)等，機(jī)械部分主要包括各個(gè)主動(dòng)關(guān)節(jié)和液壓執(zhí)行器內(nèi)部及輸出端運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。從而要求高能效的驅(qū)動(dòng)，柔順的適應(yīng)和適應(yīng)地形的切換控制。雖然電液伺服控制技術(shù)可

8、以很好的滿足后兩條的要求，但是液壓系統(tǒng)的低效率成為了足式機(jī)器人進(jìn)一