敬请登录网站在线投稿 ２０１５年第１０期
３７ 液压仿生四足机器人控制系统研究
※
罗庆生１，朱立松１，牛锴１，司世才２
（１．北京理工大学机电学院，北京１０００８１；２．北京理工大学机械与车辆学院）摘要：根据液压仿生四足机器人的结构和工作特性，设计了一种分层和分布式系统相结合的控制系统架构，完成对机器人液压系统的伺服控制任务。该控制系统包含三个层级：决策层、步态生成层和伺服驱动层，层级之间相互协调，保障控制任务的圆满实现。实验结果表明，机器人能以给定步态顺畅运动，充分表明所研究的机器人液压伺服控制系统能满足四足机器人的运动要求。
关键词：嵌入式控制系统；液压伺服控制；四足机器人；Ｓ５ＰＶ２１０；ＳＴＭ３２Ｆ４０７
中图分类号：ＴＰ２４２．６ 文献标识码：Ａ
ＲｅａｓｅａｒｃｈｏｎＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＢｉｏｎｉｃＱｕａｄｒｕｐｅｄＲｏｂｏｔ※
ＬｕｏＱｉｎｇｓｈｅｎｇ１，ＺｈｕＬｉｓｏｎｇ１，ＮｉｕＫａｉ１，ＳｉＳｈｉｃａｉ２
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１，Ｃｈｉｎａ；
２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＶｅｈｉｃｕｌａｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌａｎｄｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｂｉｏｎｉｃｑｕａｄｒｕｐｅｄｒｏｂｏｔ，ａｎｅｗｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒｕｃ‐ｔｕｒｅ，ｗｈｉｃｈｃｏｍｂｉｎｅｓａｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈａｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ，ｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏａｃｈｉｅｖｅｒｏｂｏｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌｔａｓｋ．Ｔｈｉｓｓｙｓ‐
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相对于轮式及履带式机器人，足式机器人对复杂地形
具有更强的适应能力，在抢险救灾、物资运输和军事应用
等领域有着广阔的发展前景。四足机器人由于具有较强
的运动稳定性和较低的机构复杂度，得到了人们的青睐，
是目前业界竞相研究的对象。笔者所在团队研制了一款
液压仿生四足机器人（如图１所示），该机器人的每一条腿
均含有３个旋转关节，分别是侧摆关节、髋关节以及膝关
节。其中侧摆关节位于机体上部，负责整条腿的侧摆运
动；髋关节和膝关节位于其下，实现大腿和小腿的屈伸运
动。３个关节均为液压缸驱动，通过控制液压缸的行程距
离和动作时序来实现机器人的各种运动步态，如行走、小
跑等。该机器人的结构虽不算复杂，但四足机器人特有的
多关节属性，以及对机器人传感器信息融合、液压缸伺服
精度的特殊要求，使得其控制是一个十分复杂的问题
［１］，
有必要开展系统研究和深入探索。图１ 液压仿生四足机器人１ 机器人控制系统整体架构设计根据液压仿生四足机器人的工作特性与设计要求，其控制总系统由若干子系统组成。其中的数据采集子系统、位姿估计子系统、路径规划子系统属于上层控制系统，主要根据数据采集子系统获得数据，并对路径进行规划，完成顶层决策控制任务；而运动控制子系统及驱动子系统属于下层控制系统，主要执行上层决策控制系统生成的控制