[發(fā)明專(zhuān)利]一種四足機(jī)器人液壓系統(tǒng)仿真建模方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010742314.4
• 申請(qǐng)日: 2020-07-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111810493A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 晁智強(qiáng);韓壽松;李志強(qiáng);李勛;劉相波;李華瑩;靳瑩;寧初明;譚永營(yíng);薛大兵;王飛;郭浩
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍陸軍裝甲兵學(xué)院;軍事科學(xué)院系統(tǒng)工程研究院軍需工程技術(shù)研究所;浙江省軌道交通運(yùn)營(yíng)管理集團(tuán)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): F15B19/00
• 分類(lèi)號(hào): F15B19/00;F15B21/00;F15B21/041;F15B21/0423
• 代理公司: 濟(jì)南光啟專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 37292
• 代理人: 鄒文婷

本發(fā)明涉及四足機(jī)器人液壓系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，且公開(kāi)了一種四足機(jī)器人液壓系統(tǒng)仿真建模方法，包括以下步驟：第一步：液壓系統(tǒng)分為液壓驅(qū)動(dòng)單元和液壓油源兩個(gè)部分，然后分別建立液壓油源和液壓驅(qū)動(dòng)單元的數(shù)學(xué)模型，第二步：在AMEsim中構(gòu)建液壓系統(tǒng)的仿真模型；液壓驅(qū)動(dòng)單元是四足機(jī)器人的動(dòng)作執(zhí)行部分，由伺服閥和雙作用單出桿液壓缸組成。該四足機(jī)器人液壓系統(tǒng)仿真建模方法，通過(guò)對(duì)單泵多執(zhí)行器液壓系統(tǒng)進(jìn)行建模，探究液壓驅(qū)動(dòng)單元在模糊PID控制算法下的控制特性，綜合單泵多執(zhí)行器液壓系統(tǒng)模型和液壓驅(qū)動(dòng)單元控制算法，對(duì)四足機(jī)器人單泵多執(zhí)行器液壓系統(tǒng)進(jìn)行仿真，以便掌握單泵多執(zhí)行器液壓系統(tǒng)的能耗情況，采用兩級(jí)壓力供能的方法提高系統(tǒng)效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及四足機(jī)器人液壓系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種四足機(jī)器人液壓系統(tǒng)仿真建模方法。

背景技術(shù)

四足機(jī)器人主要應(yīng)用于野外復(fù)雜地形中的搶險(xiǎn)救災(zāi)、地質(zhì)勘探等任務(wù)中，采用輪式、蠕動(dòng)式等運(yùn)動(dòng)方式的機(jī)器人僅能通過(guò)有限不平度的地形，而四足機(jī)器人作為仿生機(jī)器人的一個(gè)重要研究方向，仿照狗、馬等哺乳動(dòng)物的肢體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)腿足與地面發(fā)生散點(diǎn)接觸，能夠適應(yīng)地面不平度較大的地形，同時(shí)液壓驅(qū)動(dòng)是四足機(jī)器人常用的驅(qū)動(dòng)形式之一，相較于電驅(qū)動(dòng)具有輸出力矩大、功率密度高、響應(yīng)迅速等優(yōu)勢(shì)，能夠?yàn)闄C(jī)器人運(yùn)動(dòng)提供強(qiáng)勁的動(dòng)力。

然而，現(xiàn)今的四足機(jī)器人使用的單泵多執(zhí)行器液壓系統(tǒng)中油源壓力供應(yīng)與執(zhí)行器需求不匹配，造成大量功率損失，使得液壓系統(tǒng)能耗較高且發(fā)熱嚴(yán)重，且由于地形環(huán)境的制約，四足機(jī)器人無(wú)法隨時(shí)得到能源補(bǔ)充，如何提高四足機(jī)器人的續(xù)航能力就成為一個(gè)影響四足機(jī)器人實(shí)用進(jìn)程的關(guān)鍵問(wèn)題，為此我們提出一種四足機(jī)器人液壓系統(tǒng)仿真建模方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種四足機(jī)器人液壓系統(tǒng)仿真建模方法，具備對(duì)四足機(jī)器人單泵多執(zhí)行器液壓系統(tǒng)進(jìn)行仿真，以便掌握單泵多執(zhí)行器液壓系統(tǒng)的能耗情況，采用兩級(jí)壓力供能的方法降低系統(tǒng)能耗，提高系統(tǒng)效率的優(yōu)點(diǎn)，解決了現(xiàn)今的四足機(jī)器人使用的單泵多執(zhí)行器液壓系統(tǒng)中油源壓力供應(yīng)與執(zhí)行器需求不匹配，造成大量功率損失，使得液壓系統(tǒng)能耗較高且發(fā)熱嚴(yán)重，且由于地形環(huán)境的制約，四足機(jī)器人無(wú)法隨時(shí)得到能源補(bǔ)充的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種四足機(jī)器人液壓系統(tǒng)仿真建模方法，包括以下步驟：

第一步：所述液壓系統(tǒng)分為液壓驅(qū)動(dòng)單元和液壓油源兩個(gè)部分，然后分別建立液壓油源和液壓驅(qū)動(dòng)單元的數(shù)學(xué)模型；

第二步：在AMEsim中構(gòu)建液壓系統(tǒng)的仿真模型，所述液壓驅(qū)動(dòng)單元是四足機(jī)器人的動(dòng)作執(zhí)行部分，主要由伺服閥和雙作用單出桿液壓缸組成，四足機(jī)器人總共包含十二個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)單元，用于驅(qū)動(dòng)四足機(jī)器人全身十二個(gè)個(gè)關(guān)節(jié)；所述液壓油源主要用于提供恒壓油液，以保證充足的流量供應(yīng)；同時(shí)液壓油源還具有消除系統(tǒng)震蕩，防止液壓驅(qū)動(dòng)單元之間的流量、壓力耦合，清潔油液，降低油溫等作用；主要包含變量泵、溢流閥、蓄能器、濾油器和散熱器等元件；

第三步：利用Solidworks建立四足機(jī)器人腿部液壓驅(qū)動(dòng)單元的三維模型，所述四足機(jī)器人腿部液壓驅(qū)動(dòng)單元主要包含伺服閥、液壓缸、位置傳感器和力傳感器等部分，所述位置傳感器和力傳感器分別用于測(cè)量液壓缸出桿位移量和液壓缸受力變化，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋給控制模塊以使得系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)更加精確；將液壓驅(qū)動(dòng)單元的動(dòng)力機(jī)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，可將其簡(jiǎn)化成典型閥控缸模，液壓驅(qū)動(dòng)單元中采用的三位四通電磁換向閥可視為理想情況下的零開(kāi)口四通滑閥，其線(xiàn)性化流量方程為：

ΔQ_L＝K_q·Δx_v-K_G·Δx_L (1.1)

其中，ΔQ_L為負(fù)載流量，K_q為滑閥在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)附近的流量增益，Δx_v為閥芯在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)附近的位移變化量，K_G為滑閥在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)附近的流量——壓力系數(shù)，Δp_L為負(fù)載壓降變化量；