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磁流变液驱动的四足机器人单腿控制系统设计与力控实现
| 论文题名： | 磁流变液驱动的四足机器人单腿控制系统设计与力控实现 |
| 关键词： | 四足机器人;磁流变液;力矩控制;模糊控制 |
| 摘要： | 四足机器人作为当前的研究热点，具有外形容易被接受，行动能力较强，障碍跨越方便等优势。传统的机器人执行器(CommonRobotActuator,CRA)结构都是通过电机和减速器构成的刚性连接。这样的结构在遇到外力阻挡或者运动指令错误时候会对电机或者减速器造成很大的损伤。为了能够更好的与人协作，在不能降低机器人工作性能的前提下，需要提高机器人的力矩控制性能与柔性控制能力以更好的适应工作环境。 本文提出采用磁流变液离合器(Magneto-rheologicalClutch,MRC)来解决这个问题。磁流变液执行器(Magneto-rheologicalActuator,MRA)是由CRA和MRC构成的，通过连接减速器的输出力矩输入到MRC输入力矩中。MRC的输出扭矩是由变化的电流产生的，因为变化的电流可以通过产生磁场控制MRC中特殊材料的粘滞程度。所以MRA结构可以从原理上避免该问题。 本文的主要内容是研究磁流变液驱动的四足机器人单腿设计和力矩控制。在硬件方面，设计了MRC的电流控制电路。在MRC控制算法中采用模糊控制算法与卡尔曼滤波算法提高电流的控制精度，MRC由于输入电流和输出力矩之间存在非线性磁滞关系，需要用相应的数学模型去具体的描述之间的关系。本文采用足够大量的实验数据用以构建神经网络模型。在此基础上，进行实验以比较MRA和CRA的力矩控制性能。实验结果表明MRA的力矩控制精度比CRA的力矩控制精度更高。然后在四足机器人的单腿结构中应用MRA或者CRA对比力控精度。经过实验对比，MRA组成的单腿力控精度同样比CRA的力控精度更高。最终进行的位置柔顺控制实验可以得到如下结果：在调整到合适的参数下，MRA控制的单腿机构可以有效的避免障碍和外力干扰对于单腿运动的影响。这样四足机器人能够在完成期望动作的前提下，更加适合在有障碍的地面上运动，不会导致整体失去平衡。 |
| 作者： | 冉江涛 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 楼云江 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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