液压重载多足类机器人

产品概述

       液压重载多足类机器人是由机械系统、液压系统、控制系统三大部分组成，其中机械系统包括：撑网系统、锚固系统、地面支撑系统和动力及转弯系统组成，能实现迈步式行走功能，包括前进、后退、转弯，主要用途是在隧道和矿井中的安全实验，包括：

1、可调整子巷道高度不同，模拟实际巷道凹凸不平工况下的支护实验；

2、可将子巷道对装备向下施加的力不同，模拟装备对软硬岩石巷道的支护实验；

3、各子巷道可以对装备进行冲击加载实验，模拟巷道岩石掉落对装备稳定作业的影响等。

       该机器人系统使用全自主研发的控制系统，为教学和科研提供优越的开放性支撑。系统控制算法和软件开源，提供丰富的电机控制和液压伺服控制实验案例，如PID算法实现电机的电流和速度闭环控制实验、电机自适应控制实验等。该系统可作为支撑液压伺服系统、矿山液压掘锚支机器人的科研平台。

平台硬件组成

机械结构

        巷道尺寸：巷道长2.2米，宽1.6米，高1.8米，由3段子巷道拼装而成。总机尺寸：长2.2米，宽0.9米，高1.5米，重约：2.8t。可实现迈步行走和转向；可完成超前支护和临时支护功能的模拟实验；可实现行走，智能控制实验。

液压系统

       整个液压系统包含8个支腿液压缸，2个推进缸，4个超前支护液压缸，6个拱形支护液压缸，2个锚固钻进液压缸，1个锚固液压马达，1个回转液压马达，4个巷道支腿液压缸。

       根据控制流程，负载系统使用一个液压泵站，其他系统使用一个液压泵站（柱塞泵）。行走系统的支腿分为两组，共需2个液压阀组，推进缸需1个液压阀组，支护系统需要升降和角度2个液压阀组，防护盾需要1个液压阀组，锚固需1个液压阀组，同步控制液压马达和液压油缸。

液压控制系统

液压控制系统主要包含泵站压力闭环控制，以及液压伺服闭环系统两部分：

泵站压力闭环控制系统主要是采用工业伺服电机以及伺服驱动器，通过读取泵站压力值，控制电机转速，完成闭环控制。

伺服驱动器可通过负载变化，自动调整参数，实现自适应控制。

液压闭环系统通过开关量控制液压阀组的通断，同时获取流量传感器的数值，该数值表示了此时打开的那组液压阀组相对应的液压缸的流量值，乘以液压阀组的导通时间，计算液压缸的位置，完成液压伺服闭环控制。

系统组成

      为保证本装置的各子系统在作业和移动的过程中不发生碰撞，利用超声波测距系统，且将该信息反馈至动力系统控制单元中，构成闭环的安全连锁系统，从而避免该装备与其他装备、人员发生碰撞等事故的发生。

以上功能实现的原理框图如下图所示：

平台总控系统架构

电控软硬件平台

       控制系统基于TMS320F28335 DSP 架构和 MATLAB/Simulink 开发。拥有 AD、DA、IO、Encoder、PWM、CAN、SPI 等丰富的硬件外设接口，以及一套功能强大的监控软件。结合计算机仿真和嵌入式实时控制技术，能实现硬件在回路（HIL）和快速控制原型（RCP）设计的功能，也是用于进行基于模型设计（MBD：Model-Based Design）控制系统开发的教学和科研产品。控制系统如图2所示，是可对标国际先进的控制与半实物仿真领域的产品。

主要参数

       软件平台采用 Windows 操作系统上面安装的 MATLAB/Simulink（2020b 版本）软件进行编程开发，采用 MBD 的方式进

行液压平台电控方案开发，Simulink 中开发的控制程序如下图所示：

监控软件

开发一整套的上位机监控软件，能够对机各子系统进行监测与控制，且能够提供任务设定的界面，便于控制，监控软件如下图所示：

实验内容

提供的实验：

（1）液压伺服基础实验：包括柱塞泵、液压马达、分流阀、比例阀、油箱、压力传感器、流量传感器等的认知、应用；

（2）液压缸同步控制实验；

（3）迈步式行走实验；

（4）转向实验；

（5）PID 算法实现电机电流速度双闭环控制实验；

（6）基于 CSPACE 的电机自适应控制实验；

支撑的教学科研