CN106078750A - 一种足式机器人液压驱动单元主动柔顺控制方法 - Google Patents

Abstract

一种足式机器人液压驱动单元主动柔顺控制方法，采用减小伺服阀阀芯位移的方法，以达到降低输出流量进而实现阻尼控制效果；采用刚度反馈控制和负载前馈控制相结合的方法实现液压驱动单元的高精度刚度控制；结合液压驱动单元的阻尼控制与高精度刚度控制从而实现足式机器人液压驱动单元的主动柔顺控制。本发明的优点是能够以控制方法实现主动柔顺控制，可避免足端瞬时失力导致的各关节液压驱动单元瞬时失速对机器人步态控制所产生的不利影响，并可在不同负载情况下实现高精度刚度控制。

Description

一种足式机器人液压驱动单元主动柔顺控制方法

技术领域

本发明涉及足式机器人控制领域，尤其是一种足式机器人液压驱动单元主动柔顺控制方法。

背景技术

以足式生物为仿生对象的高性能四足仿生机器人，在复杂环境下具有军用和民用潜力，已成为机器人研究领域的一大热点。美国波士顿公司成功研制的液压驱动型高性能四足仿生机器人BigDog以其优越的运动性能走在世界的前列。由于驱动单元的控制难度较大，国内虽然在积极发展，但样本的运动性能仍与美国BigDog存在较大差距。

液压驱动型足式机器人的液压驱动单元非线性以及适应环境复杂性都增加了机器人腿部关节的控制难度。液压驱动单元放置于足式机器人的各个关节处，液压驱动单元的直线运动转换为机器人关节的转动，在机器人的运动过程中各个关节相互独立相互作用。在机器人足端与地面的接触过程中，不但不同的地面刚度会对机器人整体造成不同程度的冲击，而且不同的步态下产生的冲击也有所不同，这些冲击严重影响机器人的稳定性。另外，在液压驱动单元进行位、力切换时或机器人足端失力的情况下，瞬时失速会对机器人的稳态控制产生不利影响，因此需要采用相应的控制方法予以避免，主动柔顺控制可以实现自由运动控制和约束运动控制方法的统一。

传统主动柔顺控制系统中，当液压驱动单元受到负载力时，主动柔顺控制外环会产生对应的位置偏差，这个偏差会对输入位置产生影响形成新的期望位置信号，期望位置信号进入位置控制内环形成新的输出位置来使位置控制系统具备主动柔顺特性。但是这种传统的主动柔顺控制方法在负载力为零或很小的情况下，主动柔顺控制外环能够产生的位置偏差非常小，此时执行器的运行速度将基本不受主动柔顺控制外环限制，从而难以实现阻尼控制效果。因此，无法模拟出机器人在足端瞬时失力或其它原因(如位置控制和力控制的切换)导致各关节液压驱动单元瞬时失速时的阻尼效果。

另外，液压系统的固有刚度为液压刚度，对系统刚度的控制相当于在液压刚度的基础上串联一个目标刚度。在应用传统的主动柔顺控制方法时，由于液压驱动单元的固有特性其液压刚度不为无穷大，外负载力干扰会使位置系统本身产生位置偏差，而这个偏差会影响传统主动柔顺控制方法的刚度控制精度，因此液压刚度与目标刚度串联得到的系统刚度将受到外负载力的干扰而偏离期望的系统刚度，从而难以实现高精度刚度控制，机器人的抗冲击效果也将随之下降。过强的冲击不但无法使机器人稳定行走，而且会对机器人机体以前敏感的控制构件造成不可修复的损害。

综上所述，在液压足式机器人控制技术中，迫切需要一种新型的液压驱动单元主动柔顺控制方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种阻尼控制简单、系统刚度控制精度高的足式机器人液压驱动单元主动柔顺控制方法。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明中液压驱动单元主要包括伺服阀、伺服缸、进回油管路连接块和传感检测元件，油液流经伺服阀及缸体内流道驱动伺服缸往复运动，驱动机器人关节运动，所述控制方法的具体步骤如下：

步骤1，液压驱动单元的阻尼控制；

采用减小伺服阀阀芯位移的方法，以达到降低输出流量进而模拟阻尼的控制效果；

步骤2，液压驱动单元的高精度刚度控制；

将检测力传感器信号乘以期望刚度的倒数，作为液压驱动单元位置的修正量引入位置闭环控制；再引入负载前馈补偿控制对液压驱动单元位置偏差进行补偿，采用刚度反馈控制和负载前馈控制相结合的方法实现液压驱动单元期望的高精度刚度控制；

步骤3，液压驱动单元的主动柔顺控制；

结合步骤1的阻尼控制与步骤2的高精度刚度控制，对阻尼与刚度进行综合控制得到主动柔顺控制方法；主动柔顺控制方法分为两个回路，1)阻尼控制回路；2)刚度控制回路；在控制过程中，阻尼与刚度控制回路单独建立、综合作用，最终实现足式机器人关节的主动柔顺控制。

进一步的，所述步骤1中，通过在线检测液压驱动单元速度与目标阻尼乘积得到期望阻尼力，结合伺服阀压力-流量方程，将阻尼特性产生的压降等效为伺服阀阀芯位移修正量，从而补偿系统所应具有的阻尼特性；再通过能量守恒限制环节避免由于液压驱动单元运动速度滞后而导致的阻尼控制失效，实现精确的阻尼控制；

阻尼作用下的阀芯位移控制方法如下式：

${\mathrm{\ΔU}}_s=(\frac{A_p{\stackrel{\·}{x}}_p+c_{ip}{p}_L+\frac{V_t}{4{\mathrm{\β}}_e}{\stackrel{\·}{p}}_L}{K_d\sqrt{p_s-p_0-p_L}}-\frac{A_p{{\stackrel{\·}{x}}_p}^{\′}+c_{ip}{p_L}^{\′}+\frac{V_t}{4{\mathrm{\β}}_e}{{\stackrel{\·}{p}}_L}^{\′}}{K_d\sqrt{p_s-p_0-{p_L}^{\′}}})/K_{axv}$

其中，ΔU_s＝Δx_v/K_axv为伺服阀阀芯位移变化量对应的电压信号变化量；为阀芯位移量；

Δx_v＝x_v-x_v'为阻尼模拟过程中控制阀芯位移的变化量；

为伺服阀输出流量；

式中，A_p为伺服缸活塞有效面积；x_p为伺服缸活塞位移；C_ip为伺服缸内泄漏系数；β_e为油液有效体积弹性模量；K_d为折算系数；p_s为系统供油压力；p₀为系统回油压力；K_axv为伺服阀增益；x_v为伺服阀阀芯位移；为伺服缸活塞速度；为不采用阻尼控制时伺服缸活塞速度；为负载压力变化量；p_L′为不采用阻尼控制时液压驱动单元负载压力；为负载压力变化量；为不采用阻尼控制时液压驱动单元负载压力变化量；V_t为等效的伺服缸进油腔与出油腔容积；

进一步的，步骤2中，负载前馈补偿控制器的传递函数为：

$G_{CL}\left(s\right)=\frac{1}{K_a{K}_{sv}{A}_p}\[\frac{\frac{V_t}{4{\mathrm{\β}}_e}s}{K_d\sqrt{p_s-p_0-{\hat{p}}_L}}+\frac{C_{ip}}{K_d\sqrt{p_s-p_0-{\hat{p}}_L}}+\frac{x_v}{2(p_s-p_0-{\hat{p}}_L)}\](\frac{s^2}{{\mathrm{\ω}}_{sv}^2}+\frac{2\mathrm{\ζ}}{{\mathrm{\ω}}_{sv}}s+1)$

其中，1/(K_aK_svA_p)为负载前馈补偿系数；

为油液可压缩性导致的瞬时位置偏差补偿；

为泄漏引起的液压驱动单元位置偏差补偿；

为负载干扰引起的伺服阀输出流量变化补偿；

用于补偿由伺服阀的动态特性所导致的补偿环节滞后。

式中，A_p为伺服缸活塞有效面积；K_d为折算系数；β_e|油液有效体积弹性模量；p_s为系统供油压力；p₀为系统回油压力；为负载压力观测器实时观测压力值；C_ip为伺服缸内泄漏系数；x_v为伺服阀阀芯位移；ξ为伺服阀阻尼比；K_a为伺服阀功率放大器增益；K_sv为伺服阀增益；ω_sv为伺服阀固有频率；s为拉普拉斯算子。

进一步的，步骤2所述的负载前馈补偿控制中，通过设计状态观测器的方法获取液压驱动单元两腔压力状态。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、能解决传统主动柔顺控制方法在足端瞬时失力或其它原因(如位置控制和力控制的切换)时无法单独实现阻尼特性而可能导致各关节液压驱动单元瞬时失速问题，该方法可以使液压驱动单元在任意工况下都具备优良的阻尼特性。

2、采用负载前馈控制方法，实现液压驱动单元位置控制系统的刚度理论上趋于无穷大，使固有刚度远远大于目标刚度，此时系统刚度将趋近于目标刚度，只需进行目标控制即可对系统刚度完成控制，实现精准的刚度控制。

3、液压驱动单元具有良好的双向阻尼效果。

附图说明

图1是传统的主动柔顺控制原理示意图。

图2是系统等效刚度串联原理图。

图3是二阶质量-弹簧-阻尼系统原理图。

图4是本发明方法液压驱动单元位置控制系统控制框图。

图5是本发明方法液压驱动单元的阻尼控制框图。

图6是本发明方法液压驱动单元位置控制框图。

图7是本发明方法液压驱动单元位置前馈补偿控制框图。

图8是本发明方法液压驱动单元刚度控制框图。

图9是本发明方法主动柔顺控制框图。

附图中：ω为伺服阀固有频率；ξ为伺服阀阻尼比；K_d为折算系数；C_d为伺服阀滑阀节流口流量系数；W为面积梯度；ρ为液压油密度；p_s为系统供油压力；p₁为伺服缸左腔压力；p₂为伺服缸右腔压力；p₀为系统回油压力；C_ip为伺服缸内泄漏系数；C_ep为伺服缸外泄漏系数；L为伺服缸活塞总行程；L₀为伺服缸活塞初始位置；F为外负载力；A_p为伺服缸活塞有效面积；β_e为油液有效体积弹性模量；m_t为折算质量；x_r为输入位移；K_x为位移传感器增益；K_p为比例增益；K_axv为伺服阀增益；K为负载刚度；B_p为黏性阻尼系数；V_g1为伺服阀与伺服缸进油连接管道容积；V_g2为伺服阀与伺服缸回油连接管道容积；x_v为伺服阀阀芯位移；F_f为摩擦力；x_p为伺服缸活塞位移；V₀₁为进油腔初始容积；V₀₂为回油腔初始容积。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示，当液压驱动单元受到负载力时，主动柔顺控制外环会产生对应的位置偏差，这个偏差会对输入位置产生影响形成新的期望位置信号，期望位置信号进入位置控制内环形成新的输出位置来使位置控制系统具备主动柔顺特性。

如图2所示，液压系统的固有刚度为液压刚度，对系统刚度的控制相当于在液压刚度的基础上串联一个目标刚度。在应用传统的主动柔顺控制方法时，由于液压驱动单元的固有特性其液压刚度不为无穷大，外负载力干扰会使位置系统本身产生位置偏差，而这个偏差会影响传统主动柔顺控制方法的刚度控制精度，因此液压刚度与目标刚度串联得到的系统刚度将受到外负载力的干扰而偏离期望的系统刚度，从而难以实现高精度刚度控制，机器人的抗冲击效果也将随之下降。过强的冲击不但无法使机器人稳定行走，而且会对机器人机体以前敏感的控制构件造成不可修复的损害。

对于液压驱动型足式机器人来说，为实现主动柔顺控制，液压驱动单元需在负载力的作用下应能具备图3所示的二阶质量-弹簧-阻尼系统所具备的柔顺特性。而不同之处在于：二阶质量-弹簧-阻尼系统是由外力驱动的，质量块在外力的作用下被动运动，而对于机器人关节主动柔顺控制来说，外力不再为驱动力，而是负载力，驱动力由液压驱动单元提供。由于液压驱动单元活塞在油液中往复运动，本身就具备了一定的阻尼刚度特性，但相比于足式机器人关节主动柔顺控制的目标阻尼值和目标刚度值，液压驱动单元的阻尼过小，刚度过大且不为恒值，而液压驱动单元本身并没有能够模拟弹簧和阻尼的机械结构，因此就需要从控制的角度入手，在液压驱动单元内部构造一个阻尼和一个弹簧，以保证液压驱动单元具备机器人关节期望的主动柔顺特性，然后通过建立阻尼控制方法的数学模型完成阻尼控制；通过建立刚度控制方法的数学模型完成高精度刚度控制，最终完成液压驱动单元的主动柔顺控制。

本发明中液压驱动单元主要包括伺服阀、伺服缸、进回油管路连接块和传感检测元件，油液流经伺服阀及缸体内流道驱动伺服缸往复运动，驱动机器人关节运动，本文研究的液压驱动单元为足式机器人液压系统的功能部件之一，是一种典型的小型伺服阀控对称缸集成系统，其工作原理为四通伺服滑阀控制双杆伺服缸。如图4所示的液压驱动单元位置控制系统控制框图。

液压驱动单元新型阻尼控制方法。

该阻尼控制方法是通过在线检测液压驱动单元速度与目标阻尼乘积得到期望阻尼力，结合伺服阀压力-流量方程，将阻尼特性产生的压降等效为伺服阀阀芯位移修正量，从而补偿系统所应具有的阻尼特性。而弹簧阻尼系统为无源系统，其阻尼效果是质量块运动过程中被动产生的，系统本身并不主动供给能量；而液压驱动单元位置控制为有源系统，通过控制进入伺服阀的能量实现阻尼控制。由于液压系统本身为高阶系统，利用速度信号进行阻尼控制具有一定的滞后，因此，一旦速度信号瞬时波动很大时，极易导致控制器计算得出的阻尼控制信号超出设定范围，从而引起液压驱动单元输出位移的抖动。为了解决这个问题，要通过能量守恒限制环节避免由于液压驱动单元运动速度滞后而导致的阻尼控制失效，从而实现精确的阻尼控制。

阻尼控制方法能量控制环节，试验所采用的阻尼能量限制环节是通过实时检测力传感器信号F、位移传感器信号x_p，并观测系统负载压力p_L，通过数学关系计算得出系统各时刻的速度值，用于限制检测速度的值，从而避免由于液压系统影响滞后导致的阻尼控制信号失真。

(1)阻尼控制方法的设计。阻尼力的方向与液压驱动单元运动速度方向相反，此时液压驱动单元的负载压力为：

${p_L}^{\′}=\frac{m_t{{\stackrel{\·\·}{x}}_p}^{\′}+F^{\′}+F_f+F_c}{A_p}$

伺服阀输出流量为：

$q^{\′}=K_d{x_v}^{\′}\sqrt{p_s-p_0-{p_L}^{\′}}$

式中：

x_v'|有阻尼器时伺服阀阀芯位移；

x_p'|有阻尼器时伺服缸活塞位移；

则阻尼作用下的阀芯位移为：

${x_v}^{\′}=\frac{A_p{{\stackrel{\·}{x}}_p}^{\′}+c_{ip}{p_L}^{\′}+\frac{V_t}{4{\mathrm{\β}}_e}{{\stackrel{\·}{p}}_L}^{\′}}{K_d\sqrt{p_s-p_0-{p_L}^{\′}}}$

阻尼模拟控制过程中控制阀芯的位移变化量Δx_v＝x_v-x_v'，由此对应的输入电压信号变化为ΔU_s＝Δx_v/K_axv联立公式推导出可通过控制电压的方法实现阻尼力模拟的等式：

${\mathrm{\ΔU}}_s=(\frac{A_p{\stackrel{\·}{x}}_p+c_{ip}{p}_L+\frac{V_t}{4{\mathrm{\β}}_e}{\stackrel{\·}{p}}_L}{K_d\sqrt{p_s-p_0-p_L}}-\frac{A_p{{\stackrel{\·}{x}}_p}^{\′}+c_{ip}{p_L}^{\′}+\frac{V_t}{4{\mathrm{\β}}_e}{{\stackrel{\·}{p}}_L}^{\′}}{K_d\sqrt{p_s-p_0-{p_L}^{\′}}})/K_{axv}$

在线采集液压驱动单元的速度，与目标阻尼的乘积即为需模拟的阻尼力，通过阻尼能量限制环节限制由初始速度波动产生的模拟阻尼力失真，再基于液压系统的基本方程及研究得出的负载压力观测器，求得阻尼力反馈的等效电压偏差，以实现液压驱动单元的阻尼控制。则液压驱动单元的阻尼控制框图如图5所示。

(2)刚度控制方法的设计

如图3所示，系统的综合刚度K_h′可表示为：

${K_h}^{\′}=\frac{1}{\frac{1}{K_h}+\frac{1}{K_m}}$

采用负载前馈控制方法，液压驱动单元位置控制系统的刚度K_h理论上趋于无穷大，因此只需在此基础上进行目标刚度K_m的刚度控制便可以控制刚度。

采用负载前馈补偿控制方法实现系统高精度刚度控制，需要实时获得液压驱动单元的两腔压力状态进行控制补偿，而液压驱动单元的高集成结构使得其没有足够的空间在两腔安装压力传感器，难以直接检测两腔压力的变化量，只能通过借助力传感器和位移传感器的检测信号间接获取其两腔压力特性，因此采用状态观测的方法获取液压驱动单元两腔压力状态。负载压力观测表达式：

${\hat{p}}_L=\frac{g_2\[F_L\left(s\right)+F_f\left(s\right)+{\mathrm{KX}}_p\left(s\right)\]+g_2(B_p+m_{t}s){\mathrm{sX}}_p\left(s\right)}{m_{t}s+A_p{g}_2}$

负载前馈的控制方法将液压驱动单元的摩擦特性和外负载力共同作为干扰量补偿，来提高系统刚度K_h，则带前馈补偿环节的液压驱动单元位置控制框图如图6所示。

图6中G_f(s)为干扰的传递函数，G₁(s)、G₂(s)为系统各部分传递函数，G_CL(s)为负载前馈补偿控制器的传递函数，可得G_CL(s)＝G_f(s)/G₁(s)，结合液压驱动单元的数学模型的控制框图，可得前馈补偿控制器表达式为：

$G_{CL}\left(s\right)=\frac{1}{K_a{K}_{sv}{A}_p}\[\frac{\frac{V_t}{4{\mathrm{\β}}_e}s}{K_d\sqrt{p_s-p_0-{\hat{p}}_L}}+\frac{C_{ip}}{K_d\sqrt{p_s-p_0-{\hat{p}}_L}}+\frac{x_v}{2(p_s-p_0-{\hat{p}}_L)}\](\frac{s^2}{{\mathrm{\ω}}_{sv}^2}+\frac{2\mathrm{\ζ}}{{\mathrm{\ω}}_{sv}}s+1)$

具体应用中二阶微分环节在真实控制过程中难以实现，且伺服阀的固有频率远高于液压驱动单元正常工况下的工作频率，因此在补偿环节中忽略二阶微分环节。忽略伺服阀的二阶环节后，前馈补偿后的系统刚度为：

$\frac{F_L+F_f}{X_p}=\frac{\frac{m_t{V}_t^2}{4{\mathrm{\β}}_e^2}{s}^3+\frac{4{\mathrm{\β}}_e{m}_t{C}_{ip}{V}_t+B_p{V}_t^2}{4{\mathrm{\β}}_e^2}{s}^2+\[\frac{{\mathrm{KV}}_t^2}{4{\mathrm{\β}}_e^2}+\frac{(B_p{C}_{ip}+A_p^2)V_t}{{\mathrm{\β}}_e}\]s+\frac{{\mathrm{KC}}_{ip}{V}_t}{{\mathrm{\β}}_e}}{(\frac{K_1+K_2}{{\hat{K}}_2+{\hat{K}}_1}-1)\frac{V_t^2}{4{\mathrm{\β}}_e^2}s+(\frac{K_1+K_2}{{\hat{K}}_2+{\hat{K}}_1}-1)\frac{V_t{C}_{ip}}{{\mathrm{\β}}_e}}$

当状态观测器观测的时，计算的液压驱动单元两腔压力且此时且系统刚度(F_L+F_f)/X_p→∞，远大于补偿前系统的刚度，可见理论上该前馈补偿是有效的。进而得出液压驱动单元位置前馈补偿控制框图如图7所示。

在线采集液压驱动单元的速度与伺服缸的和作用力，通过负载压力状态观测器得到观测负载压力，得到参数进行压力补偿与动态及泄露补偿计算，求得的补偿和与这算系数的乘积即为电压控制量。将负载前馈控制与刚度控制相结合，可得到液压驱动单元刚度控制框图如图8所示。

(3)主动柔顺控制方法

在分别设计并试验了阻尼控制和刚度控制的控制效果后，整合两种控制方法，得到最终的主动柔顺控制框图如图9所示。

在线采集液压驱动单元的速度与伺服缸的作用力分别输入到阻尼控制器与刚度控制器中，经过阻尼控制器与刚度控制器的计算得到相对应的阻尼、刚度位移的电压信号，阻尼信号直接作用与PID的后环节实现控制，刚度的一路电压信号输入到PID控制器前实现前馈控制。最终实现输入信号到伺服缸位移信号的控制。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种足式机器人液压驱动单元主动柔顺控制方法，液压驱动单元主要包括伺服阀、伺服缸、进回油管路连接块和传感检测元件，油液流经伺服阀及缸体内流道驱动伺服缸往复运动，驱动机器人关节运动，其特征在于，所述控制方法的具体步骤如下：

步骤1，液压驱动单元的阻尼控制；

采用减小伺服阀阀芯位移的方法，以达到降低输出流量进而模拟阻尼的控制效果；

步骤2，液压驱动单元的高精度刚度控制；

将检测力传感器信号乘以期望刚度的倒数，作为液压驱动单元位置的修正量引入位置闭环控制；再引入负载前馈补偿控制对液压驱动单元位置偏差进行补偿，采用刚度反馈控制和负载前馈控制相结合的方法实现液压驱动单元期望的高精度刚度控制；

步骤3，液压驱动单元的主动柔顺控制；

结合步骤1的阻尼控制与步骤2的高精度刚度控制，对阻尼与刚度进行综合控制得到主动柔顺控制方法；主动柔顺控制方法分为两个回路，1)阻尼控制回路；2)刚度控制回路；在控制过程中，阻尼与刚度控制回路单独建立、综合作用，最终实现足式机器人关节的主动柔顺控制。

2.根据权利要求1所述的一种足式机器人液压驱动单元主动柔顺控制方法，其特征在于，所述步骤1中，通过在线检测液压驱动单元速度与目标阻尼乘积得到期望阻尼力，结合伺服阀压力-流量方程，将阻尼特性产生的压降等效为伺服阀阀芯位移修正量，从而补偿系统所应具有的阻尼特性；再通过能量守恒限制环节避免由于液压驱动单元运动速度滞后而导致的阻尼控制失效，实现精确的阻尼控制；

阻尼作用下的阀芯位移控制方法如下式：

${\mathrm{\ΔU}}_s=(\frac{A_p{\stackrel{\·}{x}}_p+c_{ip}{p}_L+\frac{V_t}{4{\mathrm{\β}}_e}{\stackrel{\·}{p}}_L}{K_d\sqrt{p_s-p_0-p_L}}-\frac{A_p{{\stackrel{\·}{x}}_p}^{\′}+c_{ip}{p_L}^{\′}+\frac{V_t}{4{\mathrm{\β}}_e}{{\stackrel{\·}{p}}_L}^{\′}}{K_d\sqrt{p_s-p_0-{p_L}^{\′}}})/K_{axv}$

其中，ΔU_s＝Δx_v/K_axv为伺服阀阀芯位移变化量对应的电压信号变化量；为阀芯位移量；

Δx_v＝x_v-x_v'为阻尼模拟过程中控制阀芯位移的变化量；

为伺服阀输出流量；

式中，A_p——伺服缸活塞有效面积；x_p——伺服缸活塞位移；C_ip——伺服缸内泄漏系数；β_e——油液有效体积弹性模量；K_d——折算系数；p_s——系统供油压力；p₀——系统回油压力；K_axv——伺服阀增益；x_v——伺服阀阀芯位移；——伺服缸活塞速度；——不采用阻尼控制时伺服缸活塞速度；——负载压力变化量；p_L′——不采用阻尼控制时液压驱动单元负载压力；——负载压力变化量；——不采用阻尼控制时液压驱动单元负载压力变化量；V_t——等效的伺服缸进油腔与出油腔容积。

3.根据权利要求1所述的一种足式机器人液压驱动单元主动柔顺控制方法，其特征在于，步骤2中，负载前馈补偿控制器的传递函数为：

$G_{CL}\left(s\right)=\frac{1}{K_a{K}_{sv}{A}_p}\[\frac{\frac{V_t}{4{\mathrm{\β}}_e}s}{K_d\sqrt{p_s-p_0-{\hat{p}}_L}}+\frac{C_{ip}}{K_d\sqrt{p_s-p_0-{\hat{p}}_L}}+\frac{x_v}{2(p_s-p_0-{\hat{p}}_L)}\](\frac{s^2}{{\mathrm{\ω}}_{sv}^2}+\frac{2\mathrm{\ζ}}{{\mathrm{\ω}}_{sv}}s+1)$

其中，1/(K_aK_svA_p)为负载前馈补偿系数；

为油液可压缩性导致的瞬时位置偏差补偿；

为泄漏引起的液压驱动单元位置偏差补偿；

为负载干扰引起的伺服阀输出流量变化补偿；

用于补偿由伺服阀动态特性所导致的补偿环节滞后；

式中，A_p——伺服缸活塞有效面积；K_d——折算系数；β_e——油液有效体积弹性模量；p_s——系统供油压力；p₀——系统回油压力；——负载压力观测器实时观测压力值；C_ip伺服缸内泄漏系数；x_v——伺服阀阀芯位移；ξ——伺服阀阻尼比；K_a伺服阀功率放大器增益；K_sv——伺服阀增益；ω_sv——伺服阀固有频率；s——拉普拉斯算子。

4.根据权利要求1所述的一种足式机器人液压驱动单元主动柔顺控制方法，其特征在于：步骤2所述的负载前馈补偿控制中，通过设计状态观测器的方法获取液压驱动单元两腔压力状态。