关于液压SEA仿生机器人驱动器设计研究.pdf

学兔兔 基于液压SEA的仿生机器人驱动器设计研究 Thedesignandanalysisofbionicrobotdrive system based on hydraulicSEA 杜挺豪’，韩莉莉’，宁 神’，罗健文 ，杜婷婷’ DUTing．hao。，HANLi．1j，NINGY_1LUOJian-wen。DUTing．ting’ (1．河南工业大学机器人研究所，郑州450007；2．哈尔滨工业大学机器人研究所，哈尔滨 150080) 摘 要：根据液压串联弹性驱动器 (以下简称液压SEA)驱动仿生机器人关节的需要，设计了一种新型 驱动器，其驱动电路采用三级控制结构和深度电流负反馈技术。阐述了驱动器的设计原理和 动态特性分析，并对制作的驱动器物理系统进行了性能测试。结果表明，驱动器输出负载电 流稳定，线性度好， 响应速度快，满足设计要求。 关键词：仿生机器人；液压SEA；驱动器；深度电流负反馈 中图分类号：TP273；TP242 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2016)03—0053—04 0 引言 重载仿生机器人需要较大的负载能力和驱动力矩， 其驱动方式的选择非常重要。电机驱动的功率密度低， 一．．．．．．．．．．．．．．．．．．一广 ； ● ● ．一 负载能力小，满足不了这类机器人的需要；而液压驱动 以其功率密度高，响应速度快和负载能力强的优越性能 受到了工程界的青睐。 目前国内外已经出现了一些采用液压驱动的仿生机 器人系统。如美国波士顿动力公司研制的阿特拉斯、大 狗机器人与国内山东大学研制的液压驱动机器人在这方 面具有代表性。腿形机器人在行走的过程中，脚部与地 面直接接触，承受一定的冲击载荷，需要具有一定的柔 性。为了适应这种需求，采用SEA是一个不错的技术途 径。采用电机驱动的SEA的研究工作已有不少，但是采 用液压SEA驱动的仿生机器人还鲜有报道。本文主要设 计用于驱动液压SEA的仿生机器人驱动器。 — ． … … … J 1 系统结构与技术要求 图1液压SEA驱动器结构 研究的驱动器主要用于液压SEA驱动的仿生机器 人。该驱动器作为仿生机器人的重要执行部分，除了要 3％；4)驱动器的频带度应大于400Hz，以适应 电液伺 求输出功率大、动、静态性能好，还要具有线性度好、 服阀的高频响应；5)采用24V单 电源供 电，满足各个 响应速度快、频带宽等特点[1]。特别对于液压驱动的仿 模块的供电要求。 生机器人来说，要尽量减少液压管线的分布，减轻仿生 机器人的重量。设计的驱动器要满足轻量化、小型化的 2 电气特性分析 要求，易于与液压SEA集成。液压SEA驱动器的结构如 电液伺服阀在长时间连续工作后会产生很高的温 图1所示。 升。受温度变化的影响，线圈的电阻值产生高达30％的 液压SEA驱动器应满足 以下技术参数：1)输 变化曙。采用深度电流负反馈技术，可以抑制负载线圈 入的电压范 围为 1OVa+1OV；2)输出的电流范围 电阻变化对输出电流的影响，消除阀线圈阻抗变化引起 为．40mA~+40mA；3)驱动器的线性度误差要小于