基于主从多机通信的机器人控制系统开发

为了实现对机器人的实时控制,要求主控制器与各个感应机构和执行机构之间高效稳定的通信;对机器人控制系统的开发,需要设计一种满足实时性和高效性要求的多机通信系统;控制系统采用二级分布式结构,主控制器作为上位机,各传感器和电机内置的微处理器作为下位机;基于AVR单片机的主从多机通信方式,利用半双工的异步串行方式通信;这种数字化的通信方式具有高效,稳定的优点,可以大大简化控制程序的开发;实验证明,应用这种控制系统的小型机器人具有灵活性高、开发周期短且稳定性高的特点.     

基于主从多机通信的机器人控制系统开发

为了实现对机器人的实时控制,要求主控制器与各个感应机构和执行机构之间高效稳定的通信;对机器人控制系统的开发,需要设计一种满足实时性和高效性要求的多机通信系统;文中的控制系统采用二级分布式结构,主控制器作为上位机,各传感器和电机内置的微处理器作为下位机,基于AVR单片机的主从多机通信方式,利用半双工的异步串行方式通信;这种数字化的通信方式具有高效、稳定的优点,可以大大简化控制程序的开发;实验证明,应用这种控制系统的小型机器人具有灵活性高,开发周期短,稳定性高的特点.     

小型仿人机器人控制系统设计

本文提出了一种以ARM9为主控制器的新型的仿人机器人分布式控制系统。单片机和外部计数器组成关节控制器。主控制器和关节控制器之间采用USB通信。从而实现了控制系统的小型化和低功耗。通过该系统控制小型仿人机器人完成了行走实验。     

基于CAN总线和双传感器的仿人机器人运动控制系统研究

提出了一种以CAN总线为通信工具,DSP芯片为控制器的主处理器和双位置传感器的反馈结构,其配合主控计算机和底层控制器双层反馈的控制方式,可适于仿人步行机器人的分布式运动控制系统.整个控制系统结构灵活、功能强大、工作稳定可靠,可以显著提高仿人机器人的运动性能.     

四足步行机器人分布式控制系统的设计与研究

四足步行机器人分布式控制系统的设计与研究黄世平（上海交通大学′９３年硕士毕业生，现工作单位，济南陆军学院２７７５００）本论文描述四足步行机器人的分布式控制系统．文中给出了系统的总体结构；详细讨论了分布式控制系统中多计算机通信的实现方法，设计了由８０３...     

特种机器人运动轨迹规划及其实现

研究了基于压力传感器的特种机器人足端轨迹规划策略及其实现;首先,采用基于Mallat小波快速算法对机器人足端压力传感器的输入信号进行去噪;其次,仿照动物的膝跳反射原理,提出了基于足端压力传感器信息反馈的落足反射式仿生六足机器人足端轨迹规划策略;在所提出的足端轨迹规划策略中,机器人落足点的位置不经过主控制器,而直接由信息处理子系统根据足端压力传感器的输出信息快速确定,从而减轻了主控制器的运算负担,提高了信息处理的实时性,使反应时间小于0.23s;最后,通过实验验证了所提出的多足式机器人足端轨迹规划策略的合理性和实效性。     

空间机器人分布式控制系统

针对六自由度机器人控制系统的特点以及空间环境对系统的影响,提出基于双冗余设计思想的分布式视觉伺服控制系统。该系统由主控制计算机和关节控制器、手爪控制器、手眼视觉控制器等多个节点组成。系统采用冷热两级双冗余CAN总线作为各模块问的通信总线,各节点均采用双冗余设计。各智能节点通过主控计算机的规划和协调完成对机器人系统的控制功能,解决了空间机器人控制系统处理能力、空间适应性和通信实时性等问题,并进行了系统集成和性能、功能的测试,验证了该设计方案的可行性。     

足式水上行走机器人智能控制方法设计

以蛇怪蜥蜴为仿生对象,设计了一种足式水上行走机器人.鉴于水面环境的复杂性,提出利用计算机仿真的方法构建足式水上行走机器人及其外界环境整个系统的数学模型.分析了现有的ZMP(zero moment point)算法难以适用足式水上行走机器人控制的原因,提出机器人的CPG(central pattern generator)模糊控制方法.设计了足式水上行走机器人的CPG控制器和模糊控制器,进行参数分析,完成了机器人整个控制系统的搭建,并进行了仿真验证.最后进行了机器人户外水上行走实验,测定了水上行走过程中的实时偏角.实验结果表明该控制方法有效.     

SIA—GRC通用机器人控制系统

SIA-GRC通用机器人控制系统是沈阳自动化研究所开发的新一代工业机器人控制器.该系统是在SIA—SRC点焊机器人控制器和SIA-ARC弧焊机器人控制器的基础上,采用国际最新技术,开发出的具有当代先进水平的通用机器人控制系统.     

仿人机器人分布式控制系统研究及实现

采用分布式控制方式设计了仿人机器人控制系统,运用CAN总线将主控计算机、关节控制器、力传感器连在一起,分散了信息处理和控制任务,提高了机器人智能程度.基于DSP为核心的关节控制器的设计,采用了智能体数字舵机作为动力装置.引入反馈控制,提高了关节控制器控制精度,以及通过全双工串行通信方式实现数字舵机的控制,改善数据传输方式.     

四足机器人对角小跑步态非线性控制方法仿真

针对现有的四足机器人对角小跑步态控制方法存在的机器人运动速度较慢、灵活性较差等问题,提出了一种基于虚拟模型的四足机器人对角小跑步态非线性控制方法。方法需要构建一个四足机器人模型,并在该模型的工作范围内建立一个平面直角坐标系,在不考虑机器人足端车轮滑动的情况下,将驱动四足机器人的运动方程转换成矩阵的形式,寻找有界输入平动线速度和转动角速度,使矩阵在其控制下产生的误差可以在大范围内保持稳定。求解该四足机器人在工作平面坐标系中姿态误差的微分方程,构造该微分方程的Lyapunov函数并对其求导,根据求导结果设计一个四足机器人驱动控制器,通过该驱动控制器实现对四足机器人的对角小跑步态非线性控制。仿真结果表明,所提方法能够在快速、灵活的情况下实现对四足机器人对角小跑步态的非线性控制,且鲁棒性较高,能够满足用户需求。     

智能决策改进的四足机器人ZMP爬行步态算法

提出了一种基于反馈控制和贪婪决策的四足机器人爬行步态规划算法。该算法利用机载惯性传感器IMU（Inertial Measurement Unit）来实时计算零力矩点和姿态角,以稳态裕度为指标在支撑平面内实时规划期望零力矩点（Zero Moment Point,ZMP）轨迹,结合非线性反馈控制器实现对机体ZMP点的连续平滑调节,保证机器人在按给定速度矢量进行连续爬行的同时具有抵抗一定外力扰动的能力。步态规划采用动态步态周期,基于机器人结构约束和贪婪决策实现跨腿的自动触发,提高了步态自适应性。最终通过样机行走实验验证了所提算法应用于微型四足机器人中的可行性,机器人实现了在平坦地面上稳定地全向行走和旋转,所提算法同时兼顾了自适应性和稳定裕度。     

一种多模型融合的仿猎豹四足机器人复杂运动控制方法

针对具有 2 自由度主动脊柱关节的仿猎豹四足机器人,基于任务分解思想和生物神经系统机理,提出多模型融合的控制方法。该方法以弹簧负载倒立摆模型实现单腿跳跃控制,通过中枢模式发生器（CPG）实现 4 条腿之间以及脊柱—腿之间的协调控制,利用虚拟模型控制实现机器人与环境交互,采用基于 CPG 输出的有限状态机来融合 3 个控制模型,构建仿猎豹四足机器人的多模型分层运动控制器。参考猎豹脊柱运动特征,设计了机器人脊柱关节运动模式,给出脊柱与腿的协调控制策略。最后,在 Webots 仿真环境中搭建了仿猎豹四足机器人虚拟样机,实现了不同步态下的脊柱—腿的协调控制、在崎岖地形上稳定奔跑,以及平滑的对角—疾驰—对角步态转换,仿真结果验证了所提出的多模型融合的四足机器人运动控制方法的有效性。     

侧向推搡下的四足机器人复合抗扰控制策略

针对四足机器人侧向推搡下的平衡恢复问题,提出了一种复合抗扰反应式鲁棒控制策略.该策略由摆动相的自适应侧摆规划策略和支撑相的关节抗扰控制构成.摆动相自适应侧摆规划策略通过四足机器人足端落地点的力平衡条件进行主动式步态规划以保证机器人在侧向推搡下的姿态稳定,并基于关节输出力矩给出了侧摆的启动条件.支撑相关节抗扰控制通过带扰动项的四足机器人完整动力学模型设计了基于干扰观测器的鲁棒滑模控制器,实现对侧向推搡扰动的补偿.最后,通过Matlab与ADAMS联合仿真验证了提出的控制策略的有效性.     

Hardware neural network models of CPG and PWM for controlling servomotor system in quadruped robot

This paper discusses the pulse-type hardware neural networks (P-HNNs) that contain a central pattern generator (CPG) and a pulsewidth modulation (PWM) servomotor controller and the application to quadruped robots. The purpose of our study is mimicking the biological neural networks and reproducing the similar motion of the living organisms in the robot. The CPG of the living organism generates the walking rhythms. We mimicked this CPG by modeling the cell body and the synapse of the living organism. The developed CPG composed of the P-HNN output four pulse signal sequences and the four outputs are introduced to each leg of the quadruped robot. On the other hand, the angle of the servomotor is controlled by the PWM. The PWM is obtained by modeling the axon of the living organism. The CPG and the PWM servo control system perform the walking motion of the quadruped robot. Moreover, the gate pattern change of quadruped animals is reproduced by these P-HNNs.     

Dynamic turning control of a quadruped locomotion robot using oscillators

We propose a dynamic turning control system for a quadruped robot that uses non-linear oscillators. It is composed of a spontaneous locomotion controller and voluntary motion controller. We verified the mechanical capabilities of the dynamic turning motion of the proposed control system through numerical simulations and hardware experiments. Various turning speeds and orientations made the motion of the robot asymmetrical in terms of the duty ratio, stride and center of pressure. The proposed controller actively and adaptively controlled redundant degrees of freedom to cancel out dynamic asymmetry, and established stable turning motion at various locomotion speeds and turning orientations.     

A Real-Time Kinematics on the Translational Crawl Motion of a Quadruped Robot

It is known that the kinematics of a quadruped robot is complex due to its topology and the redundant actuation in the robot. However, it is fundamental to compute the inverse and direct kinematics for the sophisticated control of the robot in real-time. In this paper, the translational crawl gait of a quadruped robot is introduced and the approach to find the solution of the kinematics for such a crawl motion is proposed. Since the resulting kinematics is simplified, the formulation can be used for the real-time control of the robot. The results of simulation and experiment shows that the present method is feasible and efficient.     

液压驱动型四足机器人电液伺服控制系统仿真建模与实验分析

复杂的作业环境和艰巨的作业任务使液压驱动型四足机器人对其伺服系统的精度、速度和力量均比一般机器人在普通情况下有更高的要求。为掌握液压驱动型四足机器人在多种路况下行走时各液压缸的受力情况以及液压系统内流量、压力的变化情况,需要对其虚拟样机进行机械动力系统和液压伺服系统的联合仿真,定性分析电液伺服系统位置、速度等被控对象的特性,并分析PID控制器在四足机器人伺服控制方面的特性与不足。针对传统控制算法在四足机器人控制存在的短板问题,设计了一种非对称前馈补偿模糊自适应PID算法,并利用物理样机进行了实际验证。实验结果为四足机器人电液伺服控制系统硬件、软件和控制算法的设计与优化指明了方向,还为研究四足机器人平稳步态控制策略提供了决策依据和数据支持。     

Whole-body motion planning and control of a quadruped robot for challenging terrain

Quadruped robots working in jungles, mountains or factories should be able to move through challenging scenarios. In this paper, we present a control framework for quadruped robots walking over rough terrain. The planner plans the trajectory of the robot's center of gravity by using the normalized energy stability criterion, which ensures that the robot is in the most stable state. A contact detection algorithm based on the probabilistic contact model is presented, which implements event-based state switching of the quadruped robot legs. And an on-line detection of contact force based on generalized momentum is also showed, which improves the accuracy of proprioceptive force estimation. A controller combining whole body control and virtual model control is proposed to achieve precise trajectory tracking and active compliance with environment interaction. Without any knowledge of the environment, the experiments of the quadruped robot SDUQuad-144 climbs over significant obstacles such as 38 cm high steps and 22.5 cm high stairs are designed to verify the feasibility of the proposed method.     

输电线路巡检机器人远程测控系统的研究与实现

开发了一种针对输电线路巡检机器人的新型远程测控系统.该系统通过与机器人本地控制器的实时通信和多线程技术实现机器人姿态监控和机器视觉检测.通过对机器人控制器发送命令和接收数据实现对机器人的人工遥操作;采用Matlab Script节点实现Matlab与LabVIEW混合编程,完成机器人质心和多关节姿态的计算,采用共享数据库方式调用基于Visual Prolog开发的机器人行为规划应用程序,实现机器人姿态自主控制.实验结果表明,该远程测控系统运行可靠,实时性强,具有良好的人机交互能力.