液压驱动单元(Hydraulic drive unit,HDU)是液压驱动型足式机器人常用的关节驱动器,具有集成度高、功率密度大等特性。机器人顶层规划后,需依靠其完成具体动作,实现机器人的行走、对角小跑、奔跑等步态。HDU所受外负载会随机器人腾空相和着地相频繁大幅变化,严重影响系统性能。若HDU具备高性能基于力的阻抗控制,则可有效减小机器人在运动过程中足地接触时的碰撞力,保证机器人运动的平稳性。为提高基于力的阻抗控制系统的抗外扰动能力,研究一种前馈抗扰控制(Feedforward disturbance rejection control,FDRC)。介绍HDU基于力的阻抗控制系统及其数学模型,推导其非线性状态空间表达式。针对系统的外扰动推导等价输入矩阵,设计前馈抗扰控制器,并估算伺服阀流量系数。利用HDU性能测试试验台,针对不同工况和典型信号进行试验。试验结果表明,FDRC可大幅提高HDU基于...

足式机器人以自然界亿万年进化而成的哺乳动物、足式爬行动物或昆虫等足式生物为仿生原型,兼具足式生物肢体运动的灵活性和野外多种复杂地形的适应性,特别是与具备高功重比和快速响应能力优势的液压驱动相结合,大幅提升其运动性能和负重能力。首先,介绍足式机器人应用背景及其液压驱动基本原理,分析液压驱动在足式机器人设计与控制中的重要作用,列举现已公开的国内外多种形式液压足式机器人。其次,阐述近年来国内外研究机构针对足式机器人液压驱动单元、液压动力单元和液压控制方法三方面关键技术,取得的研究进展和研究成果。最后,从与仿生学深入融合的角度,提出了液压足式机器人腿部“肌骨”一体化仿生设计、机身“内脏”紧凑式仿生排布与控制“神经”多层级仿生融合的前沿发展趋势。

基于机理建模方法建立了液压驱动单元位置控制系统数学模型,针对不同环境结构下负载刚度和负载阻尼的动态变化特性,把位置控制环作为控制器内环,推导了一种变刚度和变阻尼负载特性的模拟方法。建立了负载特性模拟方法的仿真模型,并在液压驱动单元性能测试平台上进行了模拟方法的实验测试,研究了斜坡阶跃负载力和正弦负载力下变刚度和变阻尼负载特性的模拟效果。研究结果表明设计的模拟方法能够较好地模拟环境刚度参数变化、阻尼参数变化,以及刚度参数和阻尼参数同时变化时的负载特性。

针对电液伺服阀故障模式及失效机理分析较少,完整的电液伺服阀寿命评估方法研究不足等问题,提出了一种基于故障模式及失效机理分析(FMMEA)的电液伺服阀寿命分析方法。首先,以电液伺服阀为研究对象,通过对电液伺服阀进行故障模式及失效机理分析(FMMEA),确定了电液伺服阀耗损机理和寿命特征;然后,依据现有的故障数据及应力类型,确定了威布尔分布模型参数,进而确定了电液伺服阀的寿命模型;最后,依据电液伺服阀结构组成原理,建立了电液伺服阀的力矩马达、液压放大器、滑阀组件的可靠性模型,并进行了电液伺服阀的寿命分析。研究结果表明:通过对电液伺服阀现有故障数据进行分析,合理选取了威布尔分布中的形状参数,得到了更加准确的寿命预测模型;采用基于FMMEA的电液伺服阀寿命分析方法可以有效降低电液伺服阀寿命评估中的误差,提高各种因素...

数字阀作为液压系统的核心部件,一旦发生故障将导致严重后果。为提升数字阀的可靠性,以增量式数字阀的可靠性为研究对象。根据给出的增量式数字阀机械结构和工作原理建立数字阀的可靠性框图,分析得到故障模式和故障机制;建立数字阀故障树模型,进行故障树分析;对故障发生对机构的影响程度进行致命度分析,得到致命性矩阵图。结果表明:数字阀的阀芯不动、阀芯运行卡停、阀芯运行不精确是数字阀工作过程中常见的3种故障,其中阀芯在运行过程中突然卡停是数字阀的致命度中最严重的故障模式。研究成果可为增量式数字阀的结构设计优化和可靠性分析提供一定参考。

民用运输机具有集装化运输能力的同时有着高效率、高机动性等优势,得到了远程运输领域相关研究人员的重视。其承载能力、重心平衡与飞行安全均受到机舱负载特性的影响,因此需要使用加载系统对机舱进行加载实验,为确定运输机负载性能、故障排除和后续构型改进提供指导建议。针对机舱载荷模拟加载控制,设计了一种力控伺服加载系统的机械结构与加载方式,并基于系统控制模型,分别对单套伺服缸与由多套伺服缸组成的加载系统进行了不同响应信号

为驱动大负载实现往复运动,多采用高功重比的液压驱动系统来实现,针对采用压力油箱供油的液压驱动系统即气液联动系统进行机理分析,并对其中各元部件进行数学建模,形成整个气液联动系统仿真模型,并探究关键元件压力油箱的工作机理及其工作特性。通过搭建加载系统进行加载分析,并搭建加载系统数学及仿真模型,通过气液联动系统与加载系统联合仿真模型进行仿真分析。考虑了温度对液压油的影响,实现了对压力油箱的精准建模,通过仿真与实验平台

液压驱动型高性能足式仿生机器人对未知、非结构环境具有很好的适应能力,为尽可能地避免其足地接触过程中的冲击和碰撞,足式机器人的关节应具有一定的动态柔顺性。针对驱动足式机器人关节运动的液压驱动单元（Hydraulic drive unit,HDU）进行研究,首先,建立其液压系统位置/力控制数学模型;其次,推导阻抗控制基本控制原理,并以液压系统作为内环控制方式,分析HDU基于位置/力的阻抗控制机理,研究该两种阻抗控制方法的控制内外环动态柔顺性串并联组成原理;最后,搭建HDU性能测试试验平台,对提出的两种阻抗控制动态柔顺性串并联组成原理进行试验验证。试验结果表明,基于位置的阻抗内环动态柔顺性为并联组成,而阻抗控制外环与位置控制内环动态柔顺性为串联组成;基于力的阻抗内环动态柔顺性为串联组成,而阻抗控制外环与力控制内环动态柔顺性为并...

:机器人在运动过程中较大的外干扰力会降低机器人关节控制器的精度进而影响机器人的控制性能。以足式机器人的关节驱动器—液压驱动单元为研究对象建立了非对称缸液压驱动单元位置控制系统的数学模型推导了其状态空间表达式;将系统的总扰动扩张为一个新的状态变量从而建立了液压驱动单元位置控制系统的扩张状态观测器并通过带宽确定扩张状态观测器增益参数;设计了控制系统的控制律并对设计的扩张状态观测器的有效性进行了实验验证。实验表明:设计的扩张状态观测器对控制系统扰动有一定的抑制作用增强了系统稳定性提高了系统受外界干扰时的控制精度。

液压驱动型足式机器人在运动过程中各关节液压驱动单元(Hydraulic drive unitHDU)多采用基于液压控制内环的外环阻抗控制方法其中液压控制内环可分为位置闭环控制和力闭环控制。当液压控制内环采用位置闭环控制时其位置控制性能直接决定了外环阻抗控制性能所以一种针对HDU的高精度的位置控制方法具有重要研究意义。针对以上研究意义首先对HDU位置控制系统6阶数学模型进行简化求出位置控制系统中各部分传递函数。其次推导位置控制输入前馈补偿控制器该控制器中含有液压系统固有非线性和负载特性。最后在HDU性能测试试验平台上在多种典型输入信号以及对角小跑输入信号下对系统的位置控制性能进行试验研究并给出定量分析。试验结果表明在不同输入信号下加入所提出的输入前馈补偿控制器可以大幅提高系统位置控制性能并且该控制