基于螺旋理论的冗余液压驱动四足机器人运动学分析

四足机器人的各种研究大多基于四条腿弯曲方向一致展开的。对于液压驱动且具有冗余度的四足机器人,静止姿态下,其前面两条腿与后面两条腿成对称弯曲状。为了研究这种机器人单腿运动和躯体运动状态,文中建立了基于螺旋理论的液压驱动四足机器人运动学模型,包括给出了单腿串联运动学逆解和躯体并联运动学正解。然后根据机器人行走过程设计出后面两条腿的髋关节与膝关节摆幅角度,通过建立的运动学模型,得到前面两条腿的关节变量及躯体姿态。最后通过MATLAB数值仿真和ADAMS虚拟样机实验,对机器人在一种行走方案下的躯体运动姿态进行仿真对比,验证了所建运动学模型的可靠性。     

一种新型的三自由度垂直相交运动解耦液压伺服关节的设计

在总结了机器人各种关节的基础上，提出了一种新型的三自由度垂直相交运动解耦液压伺服关节的设计方案，阐述了其工作原理，并对其进行了优化设计，给出了该关节的优化设计参数，根据优化的参数设计了该关节（以X轴运动为例）的具体结构，最后总结了该关节的特点。     

液压驱动单元力控系统建模及其性能影响因素研究

以四足机器人关节驱动器 液压驱动单元为研究对象,依据液压驱动单元的结构组成原理,采用机理建模的方法,建立其力控系统数学模型,该模型包含了基于辨识得到的伺服阀三阶传递函数、伺服阀的压力 流量非线性环节、伺服缸两腔容积变化因素等。建立液压驱动单元力控系统框图,并利用MATLAB/Simulink平台建立其仿真模型,采用实验测试与仿真分析相结合的方法,研究不同工作参数和不同给定信号下的液压驱动单元力控性能。研究结果表明：比例增益、供油压力、力阶跃量及正弦频率等参数均会对液压驱动单元的力控性能产生影响,该研究工作对四足机器人各关节高性能的力控方法研究提供了理论和实验基础。     

伺服液压缸支撑结构设计及动力学研究

卧式伺服液压缸常用于水平或倾斜做工,在特定工况需要输出曲线力,旋转一定的角度,需要铰接安装。为了克服伺服液压缸由于自重所引起的密封圈磨损、拉缸、泄漏等缺陷,延长液压缸的使用寿命,提出一种伺服液压缸新型支撑结构即在大型卧式重载伺服液压缸缸底端部铰接一个支反力小液压缸及外接液压系统。对这种新型结构进行受力分析,推导出该结构的动力学模型,并在MATLAB/Simulink环境进行仿真,证明该方法的合理性和可行性,将现场采集到的实验数据与其理论值进行对比来证明该方法的实用性和正确性。这种新型支撑结构为大型重载伺服液压缸及液压系统设计提供了一定的参考价值和指导意义。     

基于液压转角伺服的液压关节研究

针对液压机器人关节研究中存在关节径向尺寸过大,运动范围偏小,控制精度有限等问题,提出了一种阀芯径向力平衡、伺服肓区小的液压转角伺服阀来解决该问题,设计了对应的液压转角伺服阀,并基于该液压转角伺服阀设计了液压关节.该液压关节尺寸小、力矩大.仿真实验结果证明该液压关节响应快,运动平稳性与稳定性好,运动精度高,带负载能力强.     

Experimental implementation of complex path tracking control for large robotic hydraulic excavators

The experimental implementation of the path tracking control of a real hydraulic excavator with an operating weight of 4,500 kg for realising a large hydraulic servo robot with a high loading ability is described in this article. The three working arms are driven by hydraulic valve-controlled cylinders with boom structure systems to achieve rotational motion. Accordingly, the non-linearity of the boom mechanisms, large masses, large dimensions and low natural frequency of the working arms, as well as the coupling influence between the multi-body systems of the three working arms make it difficult to realise high accuracy path tracking control. The control strategy of the model reference adaptive control, which has a simple algorithm and on-line self-tuning ability, is used. Complex path profiles tracking can be achieved by the combination of the path tracking control of the three working arms. Consequently, the large hydraulic excavator can be used as large multi-purpose robots for high loading and high precision applications.     

2D伺服阀控单出杆缸的实验研究

为了研究2D伺服阀控制液压单出杆缸位置闭环系统输出对输入的响应特性,设计了2D阀控单出杆实验的原理和结构及其同步电液数字伺服系统,并在此基础上完成2D阀控单出杆的稳定性分析和响应特性分析的实验研究。实验结果表明对2D阀控单出杆缸位置闭环实验,当输入信号幅值为0.1 V（8 mm）时,阶跃响应的上升时间为1.2 s,调整时间为2.5 s,系统稳态误差为0,-3 dB时对应的频宽为5 Hz。     

液压伺服系统的非线性控制

分析了影响液压伺服系统性能的非线性因素利用线性系统理论控制液压伺服系统所存在的问题，提出了液压伺服系统的非线性控制方法。     

液压四足机器人元件与液压系统研究现状与发展趋势

针对液压四足机器人结构布局混乱、能量损失大及控制策略复杂等问题,从机器人整机、液压系统和控制策略3个角度分析了液压四足机器人的研究现状。首先,对各团队的机器人进行介绍,指出国内外的技术差距;然后,从动力来源、系统类型、液压回路和伺服执行元件4个方面对液压系统的主要2大构成分别阐述,着重介绍了以节能为目的的阀控系统和集成化、一体化的伺服执行器;接着概述了主流的几种控制策略,并分析各自的优缺点;最后,指出液压四足机器人的发展方向将集中在高速高压化、轻量化、节能降噪以及先进的控制算法,以实现液压四足机器人的高动态性能和行业应用。     

某冷轧薄板厂轧机HGC系统研究

针对某冷轧薄板厂轧机液压辊缝控制系统HGC进行了研究。介绍了由压下、弯辊和平衡缸3个分系统组成的HGC系统的原理及实现方法，其中，压下系统由2个伺服阀分别控制2个压下缸实现轧钢；弯辊系统由32个液压缸组成，实现钢板板型控制；平衡缸系统配合压下系统提供合适的轧制力。     

数控蒙皮拉伸成形试验机控制系统开发

为研究蒙皮零件在拉伸成形过程中的变形行为,自行研制开发了1MN数控蒙皮拉伸成形试验机系统。采用数字PID控制算法,实现了加载伺服油缸的速度控制以及对称拉伸油缸和工作台上顶油缸的位移同步控制,建立了数控蒙皮拉伸成形试验机控制系统。试验结果表明,系统具有较高的精度,符合大多数蒙皮零件的拉伸成形试验要求,为开展蒙皮拉伸成形过程控制和试验研究提供了试验保障。     

数控龙门深孔钻床的设计分析

通过对数控龙门深孔钻床的分析,提出了机械结构设计和数控系统的改造设计。运用机电一体化知识进行改进设计,总体上提出了双光栅检测,伺服液压缸、液压阀控制,钢丝绳调整横梁和动力头的平衡,数控系统进行差值比较,达到微量补偿的方法。     

基于关节速度的液压比例驱动工程机械臂位姿控制

为了解决液压驱动工程机械臂在实际工程作业中加装位置传感器会使得系统复杂,从而可靠性降低,以及在关节处位置闭环伺服控制会导致液压系统效率降低的问题,提出在比例液压油缸驱动的机械臂中用位姿闭环而非关节位置闭环构成机器人控制系统.使用惯性导航、激光雷达、视觉等获得机械臂末端姿态,通过机器人运动学逆解得到当前关节值,与目标关节...     

一种液压平衡机构的设计与实现

介绍了一种由两只液压油缸组成的液压平衡机构。该机构通过将两只油缸的有杆腔和无杆腔分别接通组成封闭回路 ,并用优化设计的方法确定其最佳结构参数和位置参数 ,从而使大型喷浆机器人的纵向进给装置在工作过程中自动保持水平。与其它方法相比 ,其显著特点是不仅结构紧凑、动作精度高 ,而且控制系统简单 ,并且无须人工参与控制。从而降低了成本 ,简化了操作。最后给出了该机构的液压回路 ,并讨论了主要液压元器件的功能和用途。     

低摩擦高频响变间隙密封液压缸研究

液压缸是液压系统重要元件,其动静态特性直接影响液压系统正常工作性能。由于具有密封件的第一代液压缸摩擦力大、动态性能差,不适应高频工作的液压伺服系统,制约了液压缸向高速方向发展,第二代间隙密封液压缸采用恒间隙密封技术,摩擦力减小,动态响应提高,但容积效率降低。为此,在第一代和第二代基础上,经过多年努力,研发出无密封件并采用压力自补偿变间隙密封技术的第三代液压缸,通过理论分析、数学建模、仿真研究、试验验证及应用,第三代液压缸动静态性能好,容积效率高,工作寿命长,适用于高频响、高速度的液压传动及液压伺服系统。压力自补偿变间隙密封技术可以推广到其他具有微小变形要求的液压元件中,使制造业和液压技术在创新上前进一步。     

基于MATLAB-AMESim的液压缸位置伺服系统辨识方法研究

基于传统液压缸伺服系统建模参数的复杂性、不确定性、以及系统的时变性等问题,提出了一种基于MATLAB-AMESim的液压缸位置伺服系统辨识方法。该文以组成足式机器人驱动单元的液压缸为研究对象,简单介绍了液压缸的组成结构及工作原理;其次建立液压缸控制系统模型、传递函数,阐述了液压缸伺服系统辨识方法原理和基本过程;最后,通过MATLAB-AMESim软件搭建单缸位置伺服系统进行系统辨识仿真,将仿真结果与实际液压缸位置伺服系统测试结果进行对比。实验表明基于MATLAB-AMESim的液压缸位置伺服系统辨识仿真具有良好的实用性,验证了系统模型辨识方法的有效性。     

舵机驱动仿生四足机器人设计

四足机器人是模仿动物的运动机理,实现不同环境下的适应性行走.电机驱动相比液压或气压驱动,有能量传递方便,信号传递迅速,标准程度高的优点,成为机器人驱动的主流选择.针对四足机器人多自由度运动的特点,提出了一种舵机驱动控制机器人实现所规划的行走步态的有效方法.即采用模块化设计了舵机驱动四足机器人,其中包括控制系统软硬件的设...     

数字式伺服系统的建模与仿真

该动圈式伺服阀控缸系统利用数字控制器控制伺服阀的控制信号,对该系统进行数学建模,并利用仿真了解系统的动态特性。     

液压四足机器人足端的力预测控制与运动平稳性

针对液压四足机器人在坚硬路面行走时,足端位置易受刚性冲击,导致运动姿态平稳性差的问题,提出一种液压四足机器人足端力预测控制方法.在分析液压四足机器人结构的基础上,根据运动学与力学模型构建了液压伺服系统的力控制模型;采用改进自适应布谷鸟优化BP神经网络算法建立足端力预测控制模型,通过仿真对比分析验证了该算法的可行性.最后...     

Type Synthesis of Walking Robot Legs

Walking robots use leg structures to overcome obstacles or move on complicated terrains. Most robots of current researches are equipped with legs of simple structure. The specific design method of walking robot legs is seldom studied. Based on the generalized-function(GF) set theory, a systematic type synthesis process of designing robot legs is introduced. The specific mobility of robot legs is analyzed to obtain two main leg types as the goal of design.Number synthesis problem is decomposed into two stages, actuation and constraint synthesis by name,corresponding to the combinatorics results of linear Diophantine equations. Additional restrictions are discussed to narrow the search range to propose practical limb expressions and kinematic-pair designs. Finally, all the fifty-one leg structures of four subtypes are carried out, some of which are chosen to make up robot prototypes, demonstrating the validity of the method. This paper proposed a novel type synthesis methodology, which could be used to systematically design various practical robot legs and the derived robots.