小型仿蚕机器人的运动与控制研究

为了实现一种小型仿蚕机器人的蠕动运动,设计了一套控制系统。首先根据蚕的运动形式提出了小型仿蚕机器人的结构方案,建立了机器人的蠕动数学模型。通过对机器人各个关节之间的相对转角变化规律的分析,设计了一种实现机器人的不同运动速度的控制系统,并开发相应的上位机软件,采用串口通信方式发送指令,实现驱动模块控制,并进行了样机试验验证。试验表明,所设计的控制系统可以实现小型仿蚕机器人不同速度平稳的运动。     

仿人机器人抬起重物的运动学仿真

以仿人机器人运动学为基础,运用Danevit-Hartebeng方法,建立了仿人机器人的运动坐标系。将仿人机器人抬起重物的运动分解为下肢运动和上肢运动。基于人体抬起重物的实际动作姿态,运用MATLAB Robotics Toolbox建立仿人机器人的运动学仿真模型,并对机器人各关节角度进行轨迹规划。最后建立仿人机器人的三维模型,并运用虚拟样机软件ADAMS对轨迹规划结果进行仿真。结果表明,对仿人机器人搬运重物的运动轨迹规划是可行的和精确的,为仿人机器人搬运重物的后续研究提供了参考。     

柔性杆连接的仿壁虎机器人结构设计

设计并研制具有柔性元件的可采用人造壁虎脚掌吸附材料的足式仿壁虎机器人结构。针对采用人造壁虎脚掌吸附的足式爬壁机器人,仿照生物壁虎设计基于连杆的仿壁虎机器人结构,进行运动原理分析,对机构进行简化,以及自由度计算。设计相应的运动步态,选用对角线步态实现机器人的直线行走以及转弯动作。为简化机构并使运动柔顺,采用柔性杆作为仿壁虎机器人的身体连接件,通过对机构自由度的计算,分析机构的可行性,并结合静力学分析对柔性杆的选择进行讨论。在Adams软件环境下建立虚拟样机进行仿真和测量,对各关节的受力情况进行分析。通过实物样机爬行试验,验证了设计的有效性和可行性。     

仿人机器人的设计与实现

根据仿人机器人实现功能的要求,对机器人各关节自由度合理安排,完成仿人机器人的机构设计。运用D-H坐标表示方法,进行坐标系选取,位姿描述和坐标变换,并建立仿人机器人的运动学方程求运动学的正逆解,从而计算了仿人机器人的运动学。由Pro/E建立实体模型导入到ADAMS中进行虚拟样机仿真,通过查看后处理器运动学仿真结果,并与计算结果相比较,从而得出结论,为物理样机的制造提供科学依据。     

形状记忆合金驱动的蛇形机器人建模方法研究

针对仿蛇形机器人关节多、模型复杂等特点,采用CATIA和MSC.ADAMS软件对蛇形机器人进行了从样机模型建立到运动学仿真与分析等一系列研究;并根据STEP5函数具有一阶与二阶导数连续、较高的逼近程度等特性验证了蛇形机器人前后移动和左右转弯步态可行性;找到了一种在ADAMS环境下求解机器人运动的方法,简化了理论计算,提高了设计效率。     

仿跳甲机器人跳跃过程的运动分析及仿真

通过观察和分析老鹳草的生物模型和运动机理,设计了仿跳甲机器人的跳跃结构模型.借助D-H法建立跳甲的运动学方程进行分析,得到了跳甲跳跃过程的运动轨迹.建立质心的运动方程分析其质心运动情况,根据运动轨迹进行了跳甲的逆运动学分析,得到了每个关节角度的关系.最后利用ADAMS虚拟样机对机器人模型进行仿真,结果与生物学模型相似,因此可以证明,基于老鹳草跳甲的仿生跳跃机器人具有一定的可行性,并证明该分析方法是合理的.     

基于Simulink的仿人机器人步行运动仿真模型

在对仿人机器人完整步行运动分析的基础上,基于Simulink建立了仿人机器人步行运动仿真模型.首先,给出了仿真模型的整体结构框架;接着,建立了仿人机器人13质量块动力学模型,分析和讨论了仿人机器人行走过程中脚与地面的作用过程,基于关节驱动力矩二次型积分最小,规划得到了一组稳定的行走步态,并基于传感反射控制实现了仿人机器人复杂环境下的应用;最后,对仿真结果进行了分析和讨论.     

仿人机器人平地行走步态规划与仿真

为研究仿人机器人的平地行走运动,首先,根据人体结构特点和运动特征,并基于二维倒立摆原理,规划机器人平地行走过程中质心和摆动腿踝关节的运动轨迹;其次,通过建立机器人支撑腿和摆动腿的几何模型,对前向、侧向运动中两条腿所涉及的10个自由度的运动进行规划;进一步,根据逆运动学求解各关节角的运动轨迹,利用仿真软件ADAMS建立仿真模型,并进行平地行走虚拟仿真。仿真结果验证了文中所采用的步态规划方法的可行性,同时也验证了机器人结构设计和电机选型的合理性,为机器人样机的研制提供了理论依据。     

仿人机器人步行运动学建模与仿真

为研究仿人机器人步行、跑动和跳跃等技术问题,并实现仿人机器人在复杂非结构的人类生活环境中的应用。建立了刚柔耦合的仿人机器人系统;用D-H坐标变换法建立数学模型并得出正逆运动学公式及其解析解;规划出机器人稳定无冲击的行走步态,将Solidworks实体模型导入虚拟样机Adams中进行运动仿真,仿真结果与规划步态基本一致,验证了所建立的数学模型和实体模型的正确性,为仿人机器人动力学分析和步态优化提供了研究平台。     

仿爬行类四足步行机器人运动学标定模型研究

针对步行机器人在实际运动中存在的运动误差问题,在介绍仿爬行类机器人Mini Quad-Ⅰ结构的基础上,建立了该类机器人的几何参数模型。讨论了该类四足步行机器人参数误差与结构尺寸及运动轨迹误差的关系,对该类机器人运动学的标定模型进行了详细研究。通过测量机器人在给定轨迹下运动时,机体位姿的变化及各关节运动角的实际运动角,对机器人的结构参数进行标定。开发了标定参数的自动计算系统,并以实例进行了说明。为建立机器人的相对精确控制模型奠定了基础。     

基于动作捕捉技术对仿人机器人运动学分析与步态仿真

以人类的构造为原型,基于仿生学的角度,设计了一种下肢单腿7自由度的仿人机器人.通过三维光学动作捕捉系统采集人体正常行走时的运动位置坐标,分析数据,获取人体步态行走时的关节角度及下肢各关节力矩变化规律;建立了下肢7自由度运动学模型并进行逆运动学分析,求解出下肢各关节角度的变化情况,并根据步态规划求解出仿人机器人步行运动过程中下肢各关节转动角度;在UG环境中建立下肢7自由度的仿人机器人三维模型,并利用多体动力学软件Adams进行动力学仿真,结合步态运动规划求解出的角度变化情况对仿真参数进行设置,通过虚拟样机完成仿人机器人的步态行走,并将仿真数据和动作捕捉实验获取的数据结果进行对比.研究结果显示,仿人机器人能够实现稳定的步态行走,确认了整体建模思路、运动学分析以及动力学仿真的准确性.以实验结果为基准,仿真所获得的髋关节和膝关节力矩值相对于实验值的相对误差分别为6.7％和9.6％,均在合理的范围内,为仿人机器人结构设计和电机选型提供了依据.     

基于ZMP法的仿袋鼠跳跃机器人着地阶段运动稳定性分析

基于仿袋鼠跳跃机器人五刚体机构模型,运用拉格朗日法,建立了跳跃机器人系统着地阶段的动力学方程,采用ZMP法研究了仿袋鼠弹跳机器人的运动稳定性,提出了其着地运动稳定裕度的计算方法和判据;采用Matlab仿真工具,结合实例分析,对机器人着地阶段各关节驱动力矩以及ZMP点的变化情况进行了仿真,并提出了改进刚性模型着地运动稳定性的方法。仿真结果表明:ZMP法在此模型上分析是有效的。     

蛙板滑行机器人转弯运动特性研究

依据人在蛙式滑板车上的运动特点,研制了一种新型蛙板滑行机器人。从仿生角度设计机器人的驱动装置,使机器人可实现双臂对称摆动和单臂摆动两种基本运动形式。对机器人在两种转弯方式下的转弯性能进行分析,给出了机器人方向轮转弯半径计算公式。应用MATLAB对机器人转弯特性进行仿真分析,并采用3D运动捕捉系统建立实体样机测试平台,对样机在不同转弯方式下的运动特性进行试验验证,研究结果验证了蛙板机器人转弯运动模型的合理性和正确性。     

气压式仿人机器人的腰部设计与运动仿真

提出了一种新型的气压式仿人机器人腰部机构,它具有结构简单和运动稳定的特点。气压式仿人机器人腰部的运动受到手部、头部和腿部等关节力矩的影响。在对机器人进行简化之后,依据高效-欧拉算法,对该仿人机器人进行整体建模,导出腰部俯仰和侧转关节的动力学模型。从动力学上分析,机器人腰部手部和腿部的运动以及外力(矩)等的影响。在Pro/e3.0上建立仿人机器人腰部结构模型,然后导入ADAMS中进行动力学仿真研究,验证了该模型的正确性。     

基于虚拟样机技术的攀爬机器人仿真分析

随着攀爬类机器人技术的不断发展,对能够攀爬复杂三维钢架结构的机器人的需求日益增多。针对一种带脚钉的特殊钢材塔架,提出了一种气动攀爬机器人本体设计方案。利用SolidWorks建立设计方案的三维模型,将其导入Adams中建立虚拟样机模型,并进行运动学及动力学的仿真,测量分析了重要的动力学参数,并运用Adams的二次开发技术,追踪了机器人模型总质心的坐标轨迹。验证了方案的可行性,研究了其运动及动力学性能,为物理样机的研制提供了重要的理论依据。     

基于虚拟样机技术的仿人机器人电机选型

针对仿人机器人设计中电机选型的问题,提出基于虚拟样机技术的电机选型方法.在初选参考电机后,设计符合要求的机器人,使用Pro/E和ADAMS联合建立仿人机器人的虚拟样机模型,运用此虚拟样机进行机器人动力学仿真,以仿真参数为依据,进行电机系统的精确选型.最后通过比较关节负载特性曲线与电机的理想机械特性曲线,验证了电机选型的合理性.     

双足仿人机器人的设计与步态分析

设计了一个双足仿人机器人,建立了机构的三维模型,对机器人腿部进行了运动学分析及步态规划,并运用ADAMS进行了仿真。结果表明结构设计及步态规划合理正确,为物理样机的制造提供了重要依据。     

仿鸟扑翼飞行机器人执行机构优化设计的研究

仿鸟扑翼飞行机器人结构多样,应用广泛。主要对仿鸟扑翼飞行机器人的扑翼飞行原理和执行机构进行了分析研究。在此基础上建立了以齿轮连杆机构作为执行机构的仿鸟扑翼飞行机器人的数学模型和三维模型,并采用黄金分割法结合MATLAB软件对执行机构进行了数值模拟和优化设计,得到了在最小传动角最大的情况下,满足扑翼飞行的最佳四杆机构。此外,研究过程中所建立的三维模型利用ADAMS软件进行了运动仿真模拟,得出分析结果与模型相符合,满足设计要求。所做的工作为仿鸟扑翼飞行机器人的理论研究和实际模型的建立提供了可靠的参照和引导。     

仿袋鼠机器人跳跃运动步态的运动学

提出了仿袋鼠跳跃机器人机构模型及运动学研究的方法。基于对袋鼠的运动结构及录像资料的研究,提出了仿袋鼠机器人单腿四杆跳跃机构的分析模型,采用D-H法,建立了机器人着地与腾空两个阶段的运动学方程, 进行了正运动学研究,给出了机器人在跳跃过程中的运动位姿及躯干质心的运动轨迹表达式,并利用雅可比矩阵建立了机器人躯干质心与关节之间的微分运动关系及速度分析方法。采用Matlab编程,结合实例对机器人进行了运动仿真运算,对结果进行了分析讨论,解释了袋鼠跳跃运动跃远度大而耗能低和运动稳健的运动机理。研究结果与录像观察和生物学实测研究结果相吻合,从而证明了这一仿生跳跃机构模型的可行性和仿生机构运动研究方法的有效性。     

基于ADAMS四自由度抓取机器人运动学分析及仿真

针对不锈钢壶具车间的薄片工件抓取问题,设计一款四自由度抓取机器人,并在SolidWorks软件建立了抓取机器人的3D模型。采用D-H方法建立机器人的运动学方程,对其运动学的正问题和逆问题进行求解。最后在ADAMS软件中建立虚拟样机模型,从理论上分析机器人运动情况,验证机器人设计的可行性,为后面机器人轨迹规划和控制奠定基础。