针对定基座机器人在复杂环境下作业能力不足的问题,研制出电动力液压四足双臂机器人,将浮动基座与双臂系统的优势有机结合,能够代替人员完成复杂环境下应急处置、工程作业等任务。详细阐述了四足双臂机器人的机械结构、机载电液动力系统、分布式控制系统以及仿真与操作训练平台的设计与实现。提出基于全身虚拟模型的足底力分配方法与足臂协调运动规划方法,实现了躯干浮动基座与双臂系统的联动,大大提升了机器人的作业能力和效率。通过搭建的仿真与操作训练平台完成单臂作业以及双臂协同作业的仿真,验证了所提出控制方法的有效性,并对机器人操作员进行操作训练。在实际样机实验中,测试了单臂抓取以及双臂协同抓取的能力,证明了四足双臂机器人能够满足复杂环境下移动作业的需求。

针对轻质液压机械臂载荷质量比小、关节工作范围小的研究现状,对某轻质液压机械臂进行机构优化;基于向量代数和线性变换原理,建立机械臂机构的显式分析方程和准静态力平衡方程,并提出机械臂构型的优化设计模型;以机械臂工作范围、连杆机构尺寸、驱动油缸的伸缩单调性为约束条件,以极小化油缸驱动力峰值为目标函数,对机械臂各关节铰接点位置进行优化设计。结果表明,优化设计后的机械臂运动范围幅度大,承载能力强,有效减小了关节铰接点载荷。

在大型足式机器人的驱动系统中使用液压柔顺驱动器进行补充能量控制可以极大地提高机器人的续航能力因此具有很强的实用价值。首先通过扫频的方式分别得到驱动器输出端空载状态位置频率特性曲线和输出端静止状态力频率特性曲线然后通过MATLAB的ident系统辨识工具箱进行模型辨识得到较准确的驱动器数学模型。基于上述模型采用自抗扰力控制器实时估计扰动及对其进行有效的补偿取得了较好的力控制效果进而通过力控制将液压缸等效为变刚度弹簧。建立液压柔顺驱动器中液压能、驱动器能量和热能三种能量的动态模型并对简化运动过程中三种能量之间的转换规律进行分析。基于变刚度策略对运动过程进行了补充能量控制提高了能量使用效率。不同负载质量和不同液压缸刚度情况下的水平方向运动试验结果验证了上述控制策略的有效性。