基于ADAMS的四足仿生机器人单腿结构设计

利用ADAMS软件虚拟样机技术,设计了液压驱动的四足仿生机器人单腿机械结构。通过分析四足哺乳类动物身体结构及运动特性,设计了仿生机器人的机械机构,确定了机器人腿部自由度配置,建立了仿真模型。根据动物的实际运动步态,规划并设计了静步态及对角小跑两种步态,进行了逆动力学仿真,得到关节等关键部位输出数据。在仿真实验的基础上,设计了液压作动器的关键参数及四足仿生机器人单腿机械结构。     

适应不同重力环境的仿壁虎机器人运动仿真

针对不同重力环境下仿壁虎机器人的运动稳定性、运动高效协调性等问题,基于四足机器人的步态规划现状和仿壁虎机器人自身特定的机械结构,设计了仿壁虎机器人在g、0、-g 3种环境下的足端轨迹和运动步态。在ADAMS仿真软件中研究了机器人的运动学和动力学特性,得到了仿壁虎机器人稳定爬行与脚掌黏附力、足端轨迹和运动步态的关系。探讨了仿真结果的合理性和局限性,为仿壁虎机器人在实际环境中的稳定运动奠定了理论基础。     

六足仿生机器人自主爬行步态设计与仿真分析研究

为提高六足机器人对崎岖不平地势的适应能力,开发了一款基于树莓派视觉导航的六足仿生机器人,利用三维软件SolidWorks设计六足仿生机器人的机械结构;通过建立D?H坐标系和步态模型,对机器人进行了正?逆运动学方程推导,构建六足仿生机器人的运动学模型;运用多项式差值拟合对六足仿生机器人的摆动相和支撑相进行步态规划;使用MATLAB?ADAMS完成六足仿生机器人的位姿仿真,并进行六足仿生机器人实物验证.实验结果表明:该步态设计能有效对六足仿生机器人腿部运动轨迹进行跟踪,验证了步态设计的正确性和有效性,为改善多足类机器人行走提供有益参考.     

一种变摩擦系数直线驱动的仿生尺蠖

设计了一种基于改变摩擦系数的仿生尺蠖机器人,对其机械结构、运动原理以及运动步态进行了分析,并利用SolidWorks的Motion Simulation模块对机器人进行了动态模拟仿真实验。研究了机器人在运动过程中前后部分所受摩擦力的具体情况,同时分析了机器人在转弯过程中所转角度的计算公式。仿真实验结果与理论值保持一致,验证了该方法的可行性和可靠性。     

仿水母推进的水下机器人的设计与仿真分析

以仿水母推进的水下机器人为研究对象,设计其机械架构,并就推进步态进行分析,进一步利用ADAMS软件建立了该仿生机器人的虚拟样机,对该仿生机器人进行了动态模拟仿真实验。具体地,研究了在推进过程中仿生机器人扑水柔性片、外撑杆、与线性轴承的速度和位移随时间变化的关系,以及该仿生机器人机构协调能力。仿真结果表明:该仿生机器人在一定介质流体系数下有着较好的机构协调能力,各运动曲线连续、平缓且呈周期性,可满足实际需求。     

仿壁虎机器人的步态设计与路径规划

对仿壁虎机器人的步态规划问题进行探讨,在观察分析大壁虎爬行方式的基础上,总结出1324、伪1324以及对角线三种步态,并简要介绍不同步态规划之间的区别,最终选择对角线步态作为仿壁虎机器人的爬行步态。在此基础上设计仿壁虎机器人的直线位移步态规划和原地转弯步态规划。针对仿壁虎机器人的单足路径规划,根据步态规划结果将每一条步行足的运动过程分为支撑相和摆动相两种状态,通过对路径约束条件的分析,用多项式逼近的方法分别得出仿壁虎机器人单足路径支撑相和摆动相的一般性表达式,为计算关节控制量提供相应的依据。最后结合实际研制的仿壁虎机器人对步态路径规划进行实例仿真分析,得出支撑相和摆动相的位移时间关系,证明用多项式逼近的方法生成的路径曲线具有良好的起落特性,为仿壁虎机器人的稳定姿态爬行移动控制提供了理论依据。     

基于连杆机构的犬类机器人步态仿生分析

犬类腿部运动的仿真模拟对仿生导盲犬的设计具有重要作用，在对于仿生导盲犬的设计中，采用简单常见的连杆机构，通过若干（两个以上）有确定相对运动的构件用低副（转动副或移动副）连接组成的机构，利用低副是面接触，其耐磨损的特点，来实现设计中对犬类腿部运动的仿真模拟，组成腿部结构的各连杆之间连接的位置均存在转动副，且各连杆之间交错分布。针对犬类的踱步（pace）步态、小跑（trot）步态与奔跑（run）步态三种步态分别进行仿真模拟，借助Adams软件，通过对连杆机构的转动副施加不同的驱动函数，使仿生导盲犬的运动与真实犬类步态拟合。     

六足步行机器人仿生机制研究

从机械结构、运动模式和步态控制3个方面,对六足步行机器人的仿生机制进行了分析。提出一种灵活度评价函数,基于该函数对六足机器人的结构参数进行了优化;推导了步态模式与步行速度关系的数学表达;构建了分布式局部规则网络,可自适应地调整错乱的腿间相序,生成静态稳定的自由步态。仿真实验验证了上述仿生机制的有效性。     

新型八足步行仿生机器人的研制

设计了一种新型的八足步行仿生机器人的机械结构,并建立腿部运动学方程。基于虚拟样机技术对该仿生机器人进行了腿部机构优化设计以及机器人爬坡能力、通过非平整路面能力、转弯步态规划等功能仿真分析。仿真结果表明,该仿生机器人机构具有控制简单、运动灵活、爬坡能力良好、转弯半径小等特点。最后研制出了该机器人小型实物样机,通过实物样机测试验证了其诸多优良性能。     

仿人形爬坡机器人的设计及分析

仿生爬坡机器人是集机构、驱动、控制、传感等核心部件为一体的综合开发平台。仿人机器人的设计研究,将促进机械机构智能技术的发展。为了保证机器人在小坡度(10°~20°)的稳定行走,并实现自主判断坡度及寻迹,需要对各学科问题进行综合归纳。针对设计要求,完成了对机器人机械结构的理论分析,并实现了三维建模;通过对人体运动形式的分析,对机器人的运动进行了步态规划;最后对运动的实现进行控制分析。     

仿壁虎微黏附阵列负压流场数值模拟及试验研究

针对壁虎独特的攀爬及多地形适应能力,利用负压操控方式对其生物学黏附阵列进行模拟。在真空度分析和吸附力计算基础上,将标准k-ε两方程湍流模型应用于吸盘负压流场数值模拟。构建基于ICEM CFD和FLUENT的非结构性单相稳态流体计算域,采用SIMPLE算法对其进行压力-速度耦合求解与分析,结果表明：负压流场存在明显湍流特征;出口管道区的动压(0.154 MPa)和流速(503 m/s)远大于内腔流域,且出口面中心流速约为入口面的4.8倍,有助于气流抽真空及负压形成。有限元静力学分析显示,吸盘底面边缘区域存在局部应力集中(>180 MPa),应适当增加其壁厚。通过仿生样机性能测试,验证了负压吸附机制及其实现方法的可行性,试验结果达到负压流场模拟预期,为壁虎黏附阵列仿生研究及其实践应用提供了支持。     

基于ADAMS的仿生四足机器人运动分析与仿真

在了解国外主要研究成果的基础上,对四足机器人的关键技术进行了总结与分析。运动控制是四足机器人设计的关键技术之一,运动分析是为设计灵活稳定的物理样机及步态规划提供依据。在分析了仿生四足机器人实现运动要求的基本姿态的基础上,设计仿生四足机器人的机械结构;利用ADAMS建立了系统的考虑仿生四足机器人足部与地面接触的仿真模型,对其进行步态规划,仿真获得了四足机器人的动态特性;根据仿真结果,判断了步态规划的正确性及其影响,分析了摆动腿与地面冲击加速度过大的原因并提出了优化方案。     

慧鱼六足仿生机器人步态研究与实现

在仿生学原理的基础上,对六足步行机器人三角步态的行走原理和稳定性进行了分析。采用慧鱼仿生机器人包搭接出六足步行机器人,进行了一系列步行的实验。并对机器人腿部机构中的足端轨迹进行了仿真与分析。结果表明该机器人能够严格按三角步态进行行走,实现诸如直线、转弯、躲避障碍物等行走功能,具有较好的机动性。     

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。     

多足仿生步行机器人的机构设计与功能分析

设计了一种新型的多足仿生步行机器人的机械结构,运用D-H齐次坐标变换矩阵建立其运动学方程,并以最大越障能力为目标函数以连杆长度为约束函数对腿部机构进行优化,得出最佳多足仿生步行机器人的机械结构。基于虚拟样机技术对该多足仿生步行机器人进行爬坡能力、通过复杂路面能力、转弯步态规划等功能分析。仿真结果表明该多足仿生步行机器人机构具有自由度少、控制简单、运动灵活、爬坡能力良好、地形适应性强、转弯稳定性好等特点。     

一种仿牛机械足的设计与分析

基于仿生学,设计了一种仿牛机械足,可应用于四足步行机器人.首先介绍了四足机器人的总体设计方案.然后根据牛足在泥地、软土地行走的功能特点,设计出仿牛机械足,运用Solidworks对仿牛机械足进行建模,分析仿牛足的功能,并通过Solidworks静力学仿真模块对关键零件进行仿真分析.仿真结果表明仿生机械足可以很好地模拟牛足的功能并保证结构安全可靠.     

仿壁虎机器人地壁过渡步态规划与运动仿真

针对传统仿壁虎机器人空间运动能力不足、空间运动步态方法的可行性问题,基于仿生学原理,设计了一种具有腰关节的每条腿具有三个自由度的四足仿壁虎机器人,对仿壁虎机器人的结构进行了正运动学和逆运动学的分析,建立了各关节角度和机身空间坐标系下各参量之间的关系,在地面与墙壁交角为90°的工况下,根据其关于纵向平面对称的结构特点提出了一种对称式地壁过渡步态方法。在Matlab软件上对该步态方法的可控性进行了评价,利用各关节角度与各参量之间的函数关系编程得到了地壁过渡过程中各关节角度、角速度曲线,并在Inventor环境下进行了运动学仿真实验。研究结果表明,各关节角度、角速度均在允许范围内,且角度函数一次连续,验证了结构的合理性和步态的可行性。     

机器鳄鱼运动的仿生步态规划方法

模仿真实动物的运动步态是仿生机器人步态规划研究的一个重点。针对一种新型仿生机器鳄鱼的步态规划问题,采用动作捕捉技术获取了真实鳄鱼的运动步态。在此基础上,利用高斯牛顿法求解出机器鳄鱼的腿部关节角度,拟合得到与真实步态轨迹相似性较好的仿生步态,并分析了机器鳄鱼在该步态下的运动稳定性。虚拟样机的运动仿真实验结果表明：机器鳄鱼能用与真实鳄鱼相似的步态,以0.3 m/s的速度向前爬行,且具备较高的稳定性。     

仿生机械手的设计与仿真分析

以仿生机械手为研究对象,设计其机械架构并就屈伸形态进行分析,进一步利用ADAMS软件建立该仿生机械手的虚拟样机,对该仿生机械手进行了动态模拟仿真实验,研究在屈伸过程中仿生机械手级联杆件的速度、位移及加速度对时间变化的关系。仿真结果表明:该仿生机械手有着较好的屈伸动作能力,各运动曲线连续、平缓无突变,可满足实际需求。     

蜘蛛机器人的结构设计与运动步态仿真分析

依据多足昆虫的身体结构和运动特性,设计出蜘蛛机器人的本体结构。遵循结构仿生和功能仿生原则,基于虚拟样机技术,应用SolidWorks软件建立蜘蛛机器人的仿真模型,并结合ADAMS对蜘蛛机器人的直线行走步态和定点转弯步态进行联合仿真,得出其运动步态控制舵机的运动角度,进而验证结构设计的合理性和运动步态的稳定性。所做研究为蜘蛛机器人的实物制作提供了理论基础。