基于关节速度的液压比例驱动工程机械臂位姿控制

高 波，王珞豪

(山东科技大学 电气与自动化工程学院，山东 青岛 266590)

引言

工程机械是我国的重要产业之一，广泛应用于道路、建筑、矿山和水利等工程领域，是生产、建设的重要工程设备[1-2]。液压比例阀控系统拥有结构简单、输出力矩大、可靠性较高、响应快、传动效率及控制精度高等优点[3]。负载敏感系统具有效率高、体积小且结构紧凑等优点，并能对系统流量与压力关系实现自动控制，广泛应用于工程机械[4-5]，因此使用负载敏感液压比例阀控系统驱动机械臂关节。

由于阀控液压缸系统完成的是一个直线运动，伺服系统中常采用精度较高的位置传感器测出位置。但在实际工程机械应用中，在比例阀控缸安装位置传感器会使得系统复杂，可靠性与效率降低。一些工程机械尝试用倾角传感器获得部分关节的姿态并加以控制，取得了较好的效果，但局限性较大，只适用于少数应用。

为解决这个问题，本研究基于对机器人正逆运动学、阀控液压缸控制、陀螺仪姿态解算进行研究分析，实现机械臂位姿闭环控制，从而可以取代阀控液压系统位置闭环伺服控制。由此基础上通过MATLAB/Simulink软件实现基于关节速度控制的比例液压系统驱动机械臂闭环控制建模，仿真并验证方法的合理性和可行性。

1 工程机械臂机器人学分析

1.1 正运动学分析

对液压驱动机械臂位姿控制之前，需要进行必要的运动学分析，求得各关节连杆坐标变换关系以及机械手的运动学正解和逆解。……