四足机器人液压驱动系统轻量化设计方法

本书面向液压四足机器人轻量化新需求，系统介绍其液压驱动系统轻量化设计方法。全书共8章，主要介绍液压足式机器人、液压驱动系统及其轻量化发展历程，提出一种旋转配油形式的四足机器人新型腿部结构，建立四足机器人阀控液压系统数学模型，提出四足机器人动力机构与负载的轻量化匹配指标及修正方法、四足机器人腿部关节轻量化铰点位置优化指标及智能优化算法，以及四足机器人液压驱动系统轻量化参数匹配设计方法，搭建YYBZ型四足机器人仿真与实验平台进行轻量化参数匹配设计方法验证，最后对四足机器人液压驱动系统轻量化进行总结与展望。

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 液压足式机器人的发展现状 2
1.2.1 液压足式机器人及其驱动系统 2
1.2.2 液压驱动系统负载匹配 11
1.2.3 轻量化优化算法 14
1.3 本书主要内容 18
第2章 四足机器人液压驱动原理设计与分析 21
2.1 引言 21
2.2 液压四足机器人原理 22
2.2.1 液压四足机器人系统组成 22
2.2.2 液压四足机器人腿部结构 22
2.2.3 液压四足机器人油源结构 28
2.2.4 四足机器人液压驱动系统轻量化原理 30
2.3 四足机器人关节旋转型负载轨迹 32
2.3.1 四足机器人运动学 32
2.3.2 关节角度与液压驱动单元伸出长度的映射关系 38
2.3.3 四足机器人足端轨迹规划 40
2.3.4 四足机器人不同步态动力学仿真 43
2.4 四足机器人液压驱动系统轻量化参数匹配 45
2.4.1 动力机构与负载匹配 45
2.4.2 腿部关节铰点位置优化 47
2.5 本章小结 49
第3章 四足机器人动力机构位置控制系统建模与校正 50
3.1 引言 50
3.2 阀控液压系统数学模型 50
3.2.1 电液伺服阀数学模型 51
3.2.2 非对称液压缸数学模型 55
3.2.3 阀控液压系统框图与传递函数 56
3.2.4 非对称液压缸的特点 58
3.3 阀控液压系统参数表达式推导和特性分析 58
3.3.1 阀控非对称液压缸的系统有效压力 58
3.3.2 阀控非对称液压缸的压力特性 63
3.3.3 阀控动力机构的速度平方刚度 65
3.3.4 阀控非对称液压缸的输出特性 65
3.3.5 阀控非对称液压缸的正反向速度比 67
3.4 动力机构位置控制系统描述与性能指标 67
3.4.1 动力机构位置控制系统描述 67
3.4.2 动力机构位置控制系统性能指标 72
3.5 动力机构位置控制系统校正 76
3.5.1 动力机构位置控制系统反馈校正 76
3.5.2 动力机构位置控制系统顺馈校正 77
3.5.3 动力机构位置控制系统校正系数 79
3.6 本章小结 81
第4章 四足机器人动力机构与四象限负载的轻量化匹配方法 82
4.1 引言 82
4.2 液压动力机构与负载匹配 83
4.2.1 负载特性 83
4.2.2 等效负载的计算 87
4.2.3 液压动力机构的输出特性 89
4.2.4 负载匹配方法 90
4.2.5 工程近似计算 91
4.2.6 固有频率计算 91
4.2.7 根据负载最佳匹配确定液压动力机构的参数 92
4.3 四象限负载等效方法 92
4.4 动力机构与四象限负载的轻量化匹配 96
4.4.1 动力机构与四象限负载的轻量化匹配指标 96
4.4.2 动力机构与四象限负载的轻量化匹配方法 97
4.4.3 等速度平方刚度的动力机构参数修正方法 100
4.5 轻量化负载匹配仿真验证 102
4.5.1 动力机构参数匹配 102
4.5.2 动力机构仿真建模 104
4.5.3 动力机构驱动效果仿真验证 106
4.6 本章小结 107
第5章 四足机器人腿部关节轻量化铰点位置优化算法 109
5.1 引言 109
5.2 四足机器人腿部建模 109
5.2.1 四足机器人腿部铰点位置数学建模 109
5.2.2 四足机器人液压驱动单元等效质量建模 113
5.2.3 四足机器人液压驱动系统质量建模 116
5.3 四足机器人关节铰点位置优化理论 119
5.3.1 四足机器人关节铰点位置约束建模 119
5.3.2 四足机器人关节铰点位置约束体系 127
5.3.3 四足机器人关节铰点位置优化指标 127
5.3.4 四足机器人关节铰点位置优化算法 129
5.4 四足机器人关节铰点位置优化示例 131
5.5 本章小结 132
第6章 四足机器人液压驱动系统轻量化匹配设计方法 133
6.1 引言 133
6.2 四足机器人液压驱动系统轻量化匹配 134
6.2.1 基于粒子群优化的轻量化参数匹配方法 134
6.2.2 基于粒子群优化的参数自动匹配程序设计 136
6.3 YYBZ型四足机器人液压驱动系统建模与分析 138
6.3.1 YYBZ型四足机器人腿部数学建模 138
6.3.2 YYBZ型四足机器人腿部关节铰点位置约束 142
6.3.3 YYBZ型四足机器人关节转动惯量与等效质量 144
6.4 YYBZ型四足机器人液压驱动系统轻量化参数匹配 154
6.4.1 YYBZ型四足机器人液压驱动系统指标及权重系数 154
6.4.2 YYBZ型四足机器人液压驱动系统轻量化参数匹配设计 158
6.5 本章小结 162
第7章 四足机器人轻量化液压驱动系统验证 163
7.1 引言 163
7.2 YYBZ型四足机器人实验系统组成 164
7.2.1 YYBZ型四足机器人机械系统 164
7.2.2 YYBZ型四足机器人液压油源 169
7.2.3 YYBZ型四足机器人控制系统 175
7.3 YYBZ型四足机器人仿真建模 186
7.3.1 YYBZ型四足机器人整机三维建模 186
7.3.2 YYBZ型四足机器人液压驱动单元仿真模型实验验证 186
7.3.3 YYBZ型四足机器人控制系统及动力学建模 190
7.4 动力机构与四象限负载的轻量化匹配方法验证 191
7.4.1 阀控液压系统的系统有效压力验证 191
7.4.2 轻量化/传统负载匹配方法对比分析与验证 192
7.5 YYBZ型四足机器人轻量化效果验证 201
7.5.1 YYBZ型四足机器人质量对比 201
7.5.2 YYBZ型四足机器人腿部关节运动边界验证 203
7.6 YYBZ型四足机器人液压驱动系统验证 204
7.6.1 YYBZ单腿与传统单腿运动性能对比 204
7.6.2 YYBZ型四足机器人运动性能验证 209
7.7 本章小结 212
第8章 总结与展望 214
8.1 总结 214
8.2 展望 215
8.2.1 轻量化与自然界仿生学的深入融合 216
8.2.2 轻量化与控制技术的深入融合 217
8.2.3 轻量化与增材制造技术的深入融合 218
参考文献 220