一种新型四足变胞爬行机器人的步态规划研究

随着移动机器人在探测救援中的应用逐渐增多,活动灵巧、环境适应能力强的多足机器人越来越受到国内外学者的关注。介绍一种腰部可以活动的四足机器人的设计及其步态生成,并展示了活动腰部可提升机器人对极端环境的适应性。提出三个基本假设以简化机构模型,提出腰部构态变换规则,并用几何方法说明了腰部构型变化可扩大机器人腿部活动空间,从而提升对复杂环境的适应性。另外,腰部运动与步态融合,生成了两种新的基本步态——扭腰直行步态和原地旋转步态。基于提出的两种步态,对比了固定腰部与可动腰部条件下运动稳定裕度的变化,分别计算了狭窄弯道通过条件,并分析了所设计步态对头部视觉的影响,从而证明所设计机器人具有较高的极端环境适应能力。     

一种四足机器人平面转弯步行规划

在四足机器人转弯运动中,步行设计的复杂程度与多关节的连续协调问题是影响机器人运动控制与稳定性的一个重要方面。提出了一种改进的四足机器人转弯动作规划方法,将足点轨迹在三维空间的规划解耦为两个二维空间的规划,并针对关节摆动的速度不连续问题,将关节摆幅三角函数化,进一步研究了该规划方法对转弯半径的影响,并通过仿真进行了机器人转弯试验。结果表明,机器人中心轨迹为良好的闭合圆周。     

基于虚拟样机技术的四足机器人步态规划与仿真

建立四足机器人质心与各关节角的关系,利用虚拟样机技术,通过质心轨迹来控制四足机器人的运动。首先,建立四足机器人质心与各关节角的运动学方程;然后,规划四足机器人的质心轨迹;最后,应用ADAMS建立虚拟样机模型,结合MATLAB对预定的质心轨迹进行联合仿真。通过对仿真结果中的机体位移、速度、关节转矩的响应曲线进行分析,并结合静力学仿真结果,对四足机器人的机构设计提出合理的简化方案。     

四足步行机器人步态规划与稳定性分析

通过对各种步态详细的分析和讨论,得出了稳定行走的最佳步态。为了得到稳定、易于控制的机器人系统,研究和分析了四足机器人的静态稳定性,并给出了系统稳定性的判断方法。     

四足机器人改进型对角小跑步态研究

传统的四足机器人对角小跑步态一般在机体坐标系中进行规划,在实际应用中存在着摆动腿无法同时着地、机体翻转无法有效抑制等问题,这些都降低了机器人运动的稳定性和精确性。针对以上问题,提出了一种在世界坐标系下规划的改进型对角小跑步态方法,该方法通过浮动机体运动学对摆动相进行规划,在足端的雅可比矩阵中引入机体姿态相关项,从而保证了摆动腿能同时着地,同时在支撑相和摆动相之间增加了四腿同时着地的调整相,对机器人机体位姿进行调整。对比仿真和样机试验结果表明：与传统方法相比,所提方法能够使摆动腿同时着地并能连续调整机体位姿,使机器人获得更好的运动稳定性和更高的位移控制精度。     

四足机器人 Trot 步态偏航分析及其控制

为了解决四足机器人在对角小跑步态中存在的绕对角线翻转而导致在直线行走时出现偏航问题,在理论分析偏航现象的基础上提出一种姿态控制方法。首先建立四足机器人整体运动模型,通过数值分析和计算,得到偏航产生的根本原因:一是机体由于重力影响,会产生绕支撑对角线的翻转力矩;二是处于支撑相时,髋关节产生的反作用力矩,导致步态时序会提前或延后,引起绕机体对角线翻转。然后在此基础上,建立姿态控制模型,通过传感器测得偏航值,反方向补偿其偏航。最后进行动力学仿真实验,发现机器人在不加姿态控制的情况下,出现较大偏航值,而在应用姿态控制之后,偏航值得到了明显改善,仿真实验对比证明了该姿态控制方法有效地解决偏航问题。     

四足机器人被动跳跃步态动力学分析与仿真

在四足机器人被动跳跃步态分析模型的基础上,采用拉格朗日法推导了该步态中各运动相的动力学方程,并根据跳跃步态特征给出了基于事件的运动相转换方程。定义了四足机器人被动跳跃步态的庞加莱映射,利用牛顿迭代法获得了庞加莱映射的某个固定点。在MATLAB中以该固定点为初始条件对各运动相动力学方程进行了数值积分,得到了被动跳跃步态的周期性运动曲线,证明了四足机器人在某个初始条件下能够实现稳定的被动跳跃步态。       

四足机器人被动跳跃步态动力学分析与仿真

在四足机器人被动跳跃步态分析模型的基础上,采用拉格朗日法推导了该步态中各运动相的动力学方程,并根据跳跃步态特征给出了基于事件的运动相转换方程。定义了四足机器人被动跳跃步态的庞加莱映射,利用牛顿迭代法获得了庞加莱映射的某个固定点。在MATLAB中以该固定点为初始条件对各运动相动力学方程进行了数值积分,得到了被动跳跃步态的周期性运动曲线,证明了四足机器人在某个初始条件下能够实现稳定的被动跳跃步态。
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四足机器人Trot步态简化模型控制方法

基于负载弹簧倒立摆模型(SLIP模型),建立了四足机器人Trot(对角小跑)步态平面模型。针对复杂的四足机器人系统,通过对四足机器人动力学模型、动力学特性的分析,基于控制目标分解思想及PID控制策略,对系统的前进速度、弹跳高度及俯仰角,分别设计了有效的控制方法,即三分控制法。此外,对三分控制法的控制参数配置规律进行了充分的研究,给出了控制参数配置策略。     

四足机器人对角小跑步态动态稳定步行足端非连续约束及动力学建模

将四足机器人对角小跑步态周期分为摆动相和支撑相,采用D-H坐标法进行四足机器人运动学建模分析,提出基于质心运动定理分析腿机构处于支撑相的足端非连续约束力,通过力雅可比矩阵建立足端约束力与关节广义驱动力的映射关系。考虑足端与环境间的非连续约束,建立了具有变拓扑机构、非连续约束等特征的四足机器人非线性动力学模型,并通过虚拟样机仿真验证了动力学理论分析的正确性,为提高四足机器人非结构环境的机动性和动态稳定性研究提供了参考。     

小型双足机器人设计及步态规划

针对现有仿人机器人造价高的缺点,文中设计了一款低成本的小型双足机器人研究平台.根据仿生学原理确定机器人的比例尺寸,根据机器人的功能要求确定其自由度配置,选择了合适的材料和驱动元件.对所设计的机器人进行了步态规划,并在仿真软件中对机器人静态步行进行了仿真.     

四足机器人对称步态变换研究与实现

提出了一种四足机器人步态的时序分析方法,该方法使用8个参数来描述一般步态,得到了常用对称步态一个跨步周期中各腿着地和抬起的时间序列。匀速情况下具有相同负荷系数和不同步距的两种行走步态之间只需一个变换步态,用实例说明了变换步态中各腿着地和抬起的时间序列。制作了一个具有12个关节的小型四足机器人,并介绍了其控制系统的构成。按照时间序列来驱动其行走,结果表明该方法适用于四足机器人对称步态变换分析。     

基于MATLAB软件的四足步行机器人的运动学仿真

按照一定的要求对机器人进行了参数设定,通过分析机器人的逆运动学问题,运用MATLAB软件中的编写函数功能进行运动学仿真,得出各个关节在仿真时间内光滑的运动轨迹曲线,验证了机器人连杆参数的合理性,从而能够达到预定的目标.     

新型轮腿机器人步态规划策略

设计了一种新型步态可切换轮腿机器人。该机器人步态切换机理易于实现且不存在冗余机构,驱动系统置于封闭空间内,可在两栖环境下应用。基于模型控制步态的策略,规划了轮腿机器人的足端轨迹;利用运动学模型分析求解出各关节变量,对步态控制策略进行研究,并利用实验样机验证了基于足端轨迹规划的机器人步态控制策略的可行性。     

四足步行机器人腿机构及其稳定性步态控制

结合实际 ,详细地分析了四足步行机器人的步态和腿机构的运动关系 ,并在此基础上给出了四足步行机器人腿部机构和驱动控制方案。     

六足机器人爬楼梯步态规划

楼梯是移动机器人工作环境中最常见的复杂障碍物之一,也是衡量机器人在非结构化环境中推进性能的一项重要指标。因此,分析了国内爬楼梯机器人的研究现状,设计了六足机器人AmphiHex的四足步态,计算了四足步态的稳定裕度,并分析了四足步态在不同楼梯中的应用,最后通过实验验证步态规划是可行的,从而为机器人的系统设计和行为决策提供指导。     

复合运动模式四足机器人机构设计及分析

研制了一种轮足复合运动的四足智能移动机器人,该机器人可以步行前进,原地转弯,楼梯爬越,也可在良好路面利用足底轮以较高速度滚动前进。阐述了机器人的机械结构和参数,运动学分析和运动空间描述。利用ADAMS建立了三维仿真模型,进行了多种步态的仿真。得出稳定裕度合适的步态,实验验证了机器人的性能。     

平面四足步行机器人结构设计

设计了一种平面四足步行机器人原理样机,用以验证一种用于平面复杂地貌的行走方式。该机器人由四个伸缩式步行足组成,末端带有弹性足端,可以在支撑杆的协助下沿着圆形模拟复杂地貌行走。该样机采用四个可以实现两维平面运动的步行足构成,用于验证平面步行的期望落地步行方法。利用DSPACE半平台对机器人足部运动轨迹进行实验,结果表明,该样机的设计完全合理。     

一种独立轮腿式机器人的步态规划研究

轮腿式机器人是一种具有轮式和腿式机器人优点的复合式移动机器人,合理的步态规划是其能否实现轮腿协调的关键^[1]。介绍了一种具有独立车轮和机械腿结构的轮腿式机器人。先根据几何约束设定机械腿末端轨迹,然后对不同的步态相做出合理的机构简化,采用D-H建模的方法对机器人进行运动学分析,通过运动学反解获得机器人在轮腿协调爬行时机器人的步态规划。通过样机实验对机器人运动规划的结果进行了验证。结果证明利用文中的规划方法可以很好地指导机器人的运动。     

双足机器人步态规划与运动学仿真研究

针对双足机器人数学描述复杂、机器人运动学分析较为困难的问题,建立了机器人的运动学模型,提出了一种基于ZMP判据的两步步态规划方法,对机器人的前向运动进行了步态规划,采用工程上广泛应用的三次样条插值的方法得到机器人关节的运动轨迹.利用Matlab软件中的Sim Mechanics工具箱建立机器人仿真模型,仿真结果验证了步态规划的可行性,为机器人样机的研制提供理论依据.