[发明专利]一种四足机器人液压系统仿真建模方法

说明书

本发明涉及四足机器人液压系统技术领域，且公开了一种四足机器人液压系统仿真建模方法，包括以下步骤：第一步：液压系统分为液压驱动单元和液压油源两个部分，然后分别建立液压油源和液压驱动单元的数学模型，第二步：在AMEsim中构建液压系统的仿真模型；液压驱动单元是四足机器人的动作执行部分，由伺服阀和双作用单出杆液压缸组成。该四足机器人液压系统仿真建模方法，通过对单泵多执行器液压系统进行建模，探究液压驱动单元在模糊PID控制算法下的控制特性，综合单泵多执行器液压系统模型和液压驱动单元控制算法，对四足机器人单泵多执行器液压系统进行仿真，以便掌握单泵多执行器液压系统的能耗情况，采用两级压力供能的方法提高系统效率。

技术领域

本发明涉及四足机器人液压系统技术领域，具体为一种四足机器人液压系统仿真建模方法。

背景技术

四足机器人主要应用于野外复杂地形中的抢险救灾、地质勘探等任务中，采用轮式、蠕动式等运动方式的机器人仅能通过有限不平度的地形，而四足机器人作为仿生机器人的一个重要研究方向，仿照狗、马等哺乳动物的肢体结构进行设计，通过腿足与地面发生散点接触，能够适应地面不平度较大的地形，同时液压驱动是四足机器人常用的驱动形式之一，相较于电驱动具有输出力矩大、功率密度高、响应迅速等优势，能够为机器人运动提供强劲的动力。

然而，现今的四足机器人使用的单泵多执行器液压系统中油源压力供应与执行器需求不匹配，造成大量功率损失，使得液压系统能耗较高且发热严重，且由于地形环境的制约，四足机器人无法随时得到能源补充，如何提高四足机器人的续航能力就成为一个影响四足机器人实用进程的关键问题，为此我们提出一种四足机器人液压系统仿真建模方法。

发明内容

本发明提供了一种四足机器人液压系统仿真建模方法，具备对四足机器人单泵多执行器液压系统进行仿真，以便掌握单泵多执行器液压系统的能耗情况，采用两级压力供能的方法降低系统能耗，提高系统效率的优点，解决了现今的四足机器人使用的单泵多执行器液压系统中油源压力供应与执行器需求不匹配，造成大量功率损失，使得液压系统能耗较高且发热严重，且由于地形环境的制约，四足机器人无法随时得到能源补充的问题。

为实现以上目的，本发明提供如下技术方案予以实现：一种四足机器人液压系统仿真建模方法，包括以下步骤：

第一步：所述液压系统分为液压驱动单元和液压油源两个部分，然后分别建立液压油源和液压驱动单元的数学模型；

第二步：在AMEsim中构建液压系统的仿真模型，所述液压驱动单元是四足机器人的动作执行部分，主要由伺服阀和双作用单出杆液压缸组成，四足机器人总共包含十二个液压驱动单元，用于驱动四足机器人全身十二个个关节；所述液压油源主要用于提供恒压油液，以保证充足的流量供应；同时液压油源还具有消除系统震荡，防止液压驱动单元之间的流量、压力耦合，清洁油液，降低油温等作用；主要包含变量泵、溢流阀、蓄能器、滤油器和散热器等元件；

第三步：利用Solidworks建立四足机器人腿部液压驱动单元的三维模型，所述四足机器人腿部液压驱动单元主要包含伺服阀、液压缸、位置传感器和力传感器等部分，所述位置传感器和力传感器分别用于测量液压缸出杆位移量和液压缸受力变化，并将数据实时反馈给控制模块以使得系统运动更加精确；将液压驱动单元的动力机构进行简化，可将其简化成典型阀控缸模，液压驱动单元中采用的三位四通电磁换向阀可视为理想情况下的零开口四通滑阀，其线性化流量方程为：

ΔQ_L＝K_q·Δx_v-K_G·Δx_L (1.1)

其中，ΔQ_L为负载流量，K_q为滑阀在稳态工作点附近的流量增益，Δx_v为阀芯在稳态工作点附近的位移变化量，K_G为滑阀在稳态工作点附近的流量——压力系数，Δp_L为负载压降变化量；