电池动力重载四足机器人复合电源设计与仿真

王利涛，李 毅，徐震宇，罗 欣，王 雷

（1.华中科技大学 数字制造装备与技术国家重点实验室，武汉 430074；2.内蒙古第一机械集团有限公司科研所，包头 014030）

0 引言

随着微型计算机技术、传感技术、人工智能与控制理论等方面的发展，四足机器人的发展不再满足于低速的静态步行，而日益追求能够类似生物灵活性的更高的速度和更好的动态性能[1]；四足机器人快速运动时，可将腿足运动状态分为飞行相和着地相，当处于飞行相时，由于自身的动能和势能的相互转化，腿足消耗的能量较小，能源供给系统提供的能量也较小。当处于着地相时，由于与地面接触冲击和腿部阻尼产生了较大的能量消耗，为了四足机器人稳定运动，机器人的能量供给系统需为其提供足够的能量，补充由于地面冲击和腿部阻尼产生的能量损失[2]。

对于高速运动的电池动力重载四足机器人来讲，由于其运动速度较快和重量较大，导致其与地面冲击更频繁且地面冲击损耗和腿部阻尼损耗也更大，动力电源系统需频繁提供较大的能量供给驱动系统，显然普通的锂电池无法满足使用要求，亟需具有较大功率密度和能量密度的电源作为其动力电源；本文从重载机器人功率特性分析出发，结合锂电池和超级电容的特性，设计满足重载电池动力四足机器人的复合电源系统，并根据轻量化、经济性和动力性要求，进行了优化匹配，制定了相应能量管理控制策略，并进行了仿真验证。……