面向足式机器人的P-Q阀控非对称液压缸位置闭环刚度特性研究.pdf

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1、面向足式机器人的P—Q阀控非对称液压缸位置闭环刚度特性研究马聪，蒋振字，王鹏飞，查富生(哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室，黑龙江哈尔滨150001)ResearchontheStiffnessofClosedLocationLoopofSingle——rodCylinderwiththeP—QValveUsedontheLegged—robotMACong，JIANGZhenyu，WANGPengfei，ZHAFusheng(StateKeyLaboratoryofRoboticsandS

2、ystem，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China)摘要：大负载足式机器人一般选用液压驱动单turbanceandthisprovidesatheoreticalbasisfor元作为系统的驱动机构。考虑到机器人结构紧凑thecontroloftheleggedrobotandtheanalysisof性及控制性能等原因，研究了一种基于P—Q阀控thecharacteristicoftherobot．非对称液压缸系统的位置闭环刚度特性。通过建Key

3、words：legged—robot；P—Qvalve；non—立并利用系统的非线性方程，结合P—Q阀的特性，linearmodel；positionservo；equivalentstiffness研究了P—Q阀在位置闭环时等效刚度动静态特性。研究表明，在位置闭环时，系统特性与弹簧等0引言效且等效刚度与系统的增益成正比，这为机器人基于位置闭环的阻抗控制提供了理论基础。足式机器人是机器人的重要分支，它的显著特关键词：足式机器人；P—Q阀；非线性模型；位点是非连续支撑，并能自主选择落点，具有复杂地置伺服

4、；等效刚度形的适应能力和快速通过能力。对于大负载大功中图分类号：TP242．3率的足式机器人，一般采用功率密度大的液压系统文献标识码：A作为系统的驱动器。考虑到机器人结构紧凑性和文章编号：1001—2257(2015)l1—0067—05控制特性的要求，研究了一种基于压力流量伺服阀Abstract：Robotsthatworkinthewildenvi—(简称P—Q阀)控制非对称液压缸系统。相对于流ronmentwithheavyloadusuallyuseahydraulic量阀(简称Q阀)控制对称

5、液压缸，该系统占用空间systemasitsactuator．Consideringthestructure小，且位置闭环刚度比Q阀小，能够一定程度上减andcontrolcharacteristicoftherobot。thecharac—小机器人着地冲击力，保护机器人本体。teristicofsingle—rodhydraulicsystemonP—Q由于足式机器人液压系统负载变化明显，常规的valveisstudied．Byestablishingandusingthesys—基于特定工作点的线

6、性化建模方法并不能很好地描tern’snonlinearmodelandwiththecharacteristic述系统特性Ⅲ。燕山大学俞滨博士口针对足式机器人上应用的Q阀控对称液压缸建立了非线性的数学oftheP—Qvalveinmind，thispaperanalyzestheclosedpositionloopstiffnessofthesystem．The模型，仿真和实验结果表明，该方法相对于线性化方法更接近系统本身的特性。YaoBE朝利用非线性模型resultshowsthattheequi

7、valentstiffnessispropor—建立了Q阀控非对称液压缸的模型，利用李雅普诺tionaltothegainofthesystemwhenthesystemis夫方法设计控制器，该控制器具有良好的位置跟踪特inclosedloopconditionwithexternalforcedis一性，缺陷是未研究系统位置偏差与干扰力的关系。哈收稿日期：2015一O6—17尔滨工业大学的张大鹏[4等利用键合图法建立了P—基金项目：国家自然科学基金(61175107，61375097，6147310

8、5)；黑Q阀的数学模型，并通过仿真和实验验证了模型的正龙江省自然科学基金(F2015008)；机器人技术与系统国家重点实验室基金(SKLRS201502C)确性，但是并未对P—Q阀控制特性进行深入研究。《机械与电子}2015(11)·67·面向足式机器人的P—Q阀控非对称液压缸位置闭环刚度特性研究较小(刚度较大)，正反向刚度值不同。当控制增益改变且干扰力为5000N时，系统位置响应仿真结果如图7和图8所示。仿真结果表明，吕丑簿图3P—Q阀静态输出压力特性