变负载下机器人液压串联弹性执行器动态位置控制方法

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

变负载下机器人液压串联弹性执行器动态位置控制方法

更新时间：2025-07-09

- 变负载下机器人液压串联弹性执行器动态位置控制方法
- Issue 4, Pages: 91-100(2022)
- 作者机构：
  
  1. 长安大学工程机械学院机电液一体化研究所
  2. 先进节能驱动技术教育部工程研究中心
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：
  CLC： TP242;TP273
- Published：2022
- 稿件说明：
移动端阅览
[J]. 2022, (4): 91-100.
DOI：

[J]. 2022, (4): 91-100. DOI：

摘要

针对变负载下接触环境刚度不确定时液压驱动机器人末端执行器动态性能差的问题，提出了基于时间-误差绝对值积分控制器(ITAE)的液压串联弹性执行器(SEA)动态位置控制方法。首先，根据液压缸的流量连续性方程和活塞与负载的动力学方程，以负载与活塞的位移、速度及负载压力差作为状态变量，运用状态空间法建立液压SEA的五阶状态空间模型；然后，考虑系统带宽、阻抗和重载工况对串联弹簧刚度的不同要求，确定出串联弹簧刚度范围，兼顾系统的快速响应性和稳定性，对时间与误差的绝对值乘积积分，构建基于ITAE的控制器；最后，采用ITAE控制器实现变负载下液压SEA动态位置的精确控制。仿真实验结果表明：在纯惯性负载下，ITAE控制器相比基于灰狼优化的PD控制器(GWO-PD控制器)

响应速度快12.5%

稳态误差减小93%;在纯惯性-复合负载切换工况下，当串联弹簧刚度变化时，ITAE控制器相比GWO-PD控制器，响应速度快80%

稳态误差减小18%

而GWO-PD控制器在弹簧刚度较小时产生高频振荡，最大振荡为13.83%;当接触环境刚度变化时，ITAE控制器相比GWO-PD控制器，响应速度快81%

稳态误差减小45%。采用ITAE控制，在内、外参数变化时SEA均具有良好控制性能，可满足非结构环境下的应用要求。

Abstract

关键词

Keywords

references

王春行主编.液压控制系统[M].机械工业出版社,1999.

Guo Feng,Cheng Gang,Pang Yusong.Explicit dynamic modeling with joint friction and coupling analysis of a 5-DOF hybrid polishing robot[J].Mechanism and Machine Theory,2022.

Herbin Paweł,Pajor Mirosław.Human-robot cooperative control system based on serial elastic actuator bowden cable drive in ExoArm 7-DOF upper extremity exoskeleton[J].Mechanism and Machine Theory,2021.

Development, Analysis, and Control of Series Elastic Actuator-Driven Robot Leg[J].Frontiers in Neurorobotics,2019.

Tarik Uzunovic,Asif Sabanovic,Minoru Yokoyama,Tomoyuki Shimono.Novel Algorithm for Effective Position/Force Control[J].IEEJ Journal of Industry Applications,2019.

Muhammed Arif SEN,Mete KALYONCU.Grey Wolf Optimizer Based Tuning of a Hybrid LQR-PID Controller for Foot Trajectory Control of a Quadruped Robot[J].Gazi University Journal of Science,2019.

Guenther Fabian,Vu Hung Quy,Iida Fumiya.Improving Legged Robot Hopping by Using Coupling-Based Series Elastic Actuation[J].IEEE/ASME Transactions on Mechatronics,2019.

Bryan Convens,Dianbiao Dong,Raphael Furnemont,Tom Verstraten,Pierre Cherelle,Dirk Lefeber,Bram Vanderborght.Modeling, Design and Test-Bench Validation of a Semi-Active Propulsive Ankle Prosthesis With a Clutched Series Elastic Actuator.[J].IEEE Robotics and Automation Letters,2019.

Mazumdar Anirban,Spencer Steven J.,Hobart Clinton,Salton Jonathan,Quigley Morgan,Wu Tingfan,Bertrand Sylvain,Pratt Jerry,Buerger Stephen P..Parallel Elastic Elements Improve Energy Efficiency on the STEPPR Bipedal Walking Robot[J].IEEE/ASME Transactions on Mechatronics,2017.

陈豫生,张琴,熊蔡华.截瘫助行外骨骼研究综述：从拟人设计依据到外骨骼研究现状[J].机器人,2021(05).

纵怀志,张军辉,张堃,黄信菩,张付,陆振宇,王西蒙,徐兵.液压四足机器人元件与液压系统研究现状与发展趋势[J].液压与气动,2021(08).

许威,闫曈,许鹏,梁振杰.特种机器人行业的新锐——四足仿生机器人[J].机器人产业,2021(04).

陈朝峰,杜志江,张慧,董为.基于柔性驱动关节的下肢外骨骼双模态切换控制[J].机器人,2021(05).

孙宁,程龙.串联弹性驱动器设计、建模及在机器人上的应用[J].自动化学报,2021(07).

邵念锋,周秦源,邵晨阳,赵岩.基于SEA的机器人关节柔顺特性研究[J].组合机床与自动化加工技术,2020(11).

陈琳,刘华辉,马忠睿,梁旭斌,林志,潘海鸿.基于关节耦合补偿提高机器人绝对定位精度[J].装备制造技术,2020(10).

王凤华,史英明,万媛.串联弹性驱动器的控制策略应用于工业机器人[J].科学技术与工程,2020(02).

李敏,陈佳洲,何博,徐光华,谢俊,朱圣晨,陈朝阳.多段连续结构手功能康复外骨骼运动规划与结构优化[J].西安交通大学学报,2019(10).

李尚达,孙珊珊,宋鹏飞.国产工业机器人发展与应用研究[J].锻压装备与制造技术,2019(01).

朱圣晨,李敏,徐光华,谢俊,何博,赵晨光,袁华.多段连续结构的外骨骼手指功能康复机器人[J].西安交通大学学报,2018(06).

柯贤锋,王军政,何玉东,汪首坤,赵江波.基于力反馈的液压足式机器人主/被动柔顺性控制[J].机械工程学报,2017(01).

刘晓敏,耿德旭,赵云伟,张金涛,武广斌,彭贺.气动柔性机械手手指运动学研究[J].机械设计,2015(12).

杨勇.液压刚度理论在故障分析中的应用[J].液压与气动,2012(11).

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

容积伺服电液作动器位置控制研究

结合非线性频谱和核主元分析的机器人用RV减速器故障诊断

6-PRRS并联机器人正逆奇异性研究

Numerical Simulation of the Energy Conversion Process in Thermoacoustic Engines with Different Stack Materials

Study on the Thermodynamic Properties in the Anomalous Region of Supercritical Water

Related Author

闫桂山

金振林

陈乐瑞

曹建福

王晓琪

刘玉斌

赵杰

杨永刚

Related Institution

燕山大学机械工程学院

河北省重型智能制造装备技术创新中心

西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室

⁰