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高性能液压驱动四足机器人SCalf的设计与实现

来源: 作者: 日期:2014-11-30 06:13:46 浏览:40

《高性能液压驱动四足机器人SCalf的设计与实现》是来自山东大学仿生四足机器人项目组的报道。文章描述了基于液压驱动的四足机器人SCalf的系统搭建和控制策略,并通过实验加以验证。机器人运动性能较强,能够适应较复杂环境。介绍如下:

图文摘要:详细阐述了液压驱动的四足仿生机器人SCalf的结构组成、机载动力系统、液压驱动器和实时控制系统.利用基于姿态解耦的运动控制方法,实现了机器人的平稳、快速运动.开发了基于足底接触力的腿部柔顺控制方法,提高了机器人对复杂地形的适应能力.在实际运行实验中,验证了SCalf机器人在非平整路面、易打滑路面、上下坡及上楼梯状况下的运动能力,以及受到侧向冲击时的抗扰动能力和自主平衡能力,证明了SCalf四足机器人能够满足较为复杂地面环境下的行走需求.


 

SCalf液压驱动四足机器人以大型有蹄类动物为仿生对象,同时考虑到运动能量消耗、载重、运动指标以及开发成本,以刚性框架作为其躯干,并对其腿部骨骼进行简化,最终形成了12个主动自由度、4个被动自由度的四足仿生机构.其中,每条腿上分别有1个横摆关节和2个俯仰关节,由铝合金材料加工制成,通过安装在腿末端被动自由度上的直线弹簧来吸收来自地面的冲击.

表 1  SCalf机器人参数

 


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SCalf的机载动力系统由一台22kW单缸两冲程卡丁车发动机、变量柱塞泵、机载液压站及其燃料箱、热交换、排气、传动、转速控制与状态监控单元组成.

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由于SCalf的各个控制、传感设备分散在机器人本体的各个位置,而且发动机、电瓶等能源设备同时存在,因此 SCalf 的控制系统必须具备分布式采集与控制、可抵抗复杂外部干扰的特点.为此,本文将SCalf的控制系统设计成一个具有双CAN总线与分层结构的分布式网络系统.

 

SCalf有一套简便、快速、实用性强的运动控制方法,使其能够在不同的地形条件下稳定行走.SCalf的运动控制令分为躯干运动线速度{\bm v}_d与航向角速度{\bm \omega}_{\gamma d}的速度输入,姿态横滚角\alpha_d以及姿态俯仰角\beta_d的角度输入.


 

引用该文章:

柴汇, 孟健, 荣学文, 等. 高性能液压驱动四足机器人SCalf的设计与实现[J]. 机器人, 2014, 36(4): 385-391.

CHAI Hui, MENG Jian, RONG Xuewen, et al. Design and Implementation of SCalf, an Advanced Hydraulic Quadruped Robot[J]. ROBOT, 2014, 36(4): 385-391.

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