基于多坡度运动的岩羊垂直地反力特征

为了给具有优异攀爬性能的仿生四足机器人提供仿生蓝本,以岩羊为研究对象,利用内嵌压力板的可变坡度斜坡通道,测试其四肢垂直地反力在不同坡度上的变化规律. 结果表明,岩羊在平地上行走时,前后肢左右两侧的垂直地反力峰值和垂直冲量完全对称,前肢对称指数分别为99.16%、99.62%,后肢对称指数分别为98.65%、99.42%. 随着坡度的增加,岩羊调整四肢的垂直地反力分布以防止跛行,导致左右蹄的对称性指数出现波动. 当岩羊在平地行走时,前肢比后肢承受更多的垂直地反力,后肢承受的垂直地反力随着坡度的增加逐渐增多. 岩羊肢体左右侧的差异性指数随坡度的变化具有相似性,当坡度为0~35°时,岩羊肢体左右侧差异性指数的均值分别为1.298、1.305 7、1.174 4、1.223 75、1.017 5、0.890 5、0.777 8、0.753 5.     

基于多种步态的德国牧羊犬下肢关节角

以陆地四足动物-德国牧羊犬的前肢为研究对象,采用光学三维运动捕捉技术测试分析多种步态下犬足-地冲击过程中其前肢各关节的运动学特征,研究其前肢关节对地面冲击作用进行调整和适应的规律。关节运动时序、运动幅度及变化范围表明:牧羊犬通过前肢的多关节屈曲协调运动缓冲地面反力作用,相比掌-指关节,犬前肢肩关节、肘关节、腕关节在触地缓冲阶段的作用较明显;犬前肢的缓冲是一种多关节的时空协调运动,肩关节、肘关节、腕关节发挥屈曲缓冲作用的时刻不同,腕关节要早于肩关节,肩关节早于肘关节;同时发现,随着地面冲击作用力的增大,牧羊犬前肢指骨的初始触地角度也随之增长,这种适应性调整可能有利于延长足-地作用时间,进而减小地反力作用强度。     

崎岖地形环境下四足机器人的静步态规划方法

为了使四足机器人能够通过姿态调整提高其自身的地形适应性,给出了机器人姿态调整角的计算方法。四足机器人在行走过程中通过躯干的摆动增加稳定裕度,并使用五次曲线对躯干运动轨迹进行规划,保证了整个运动过程的连续性。另外,为克服机器人无法获取地形信息的不足,规划了一种矩形摆动足足底轨迹。仿真实验结果表明:使用提出的静步态规划方法,四足机器人可以在未知地形信息的情况下,实时、自主、稳定地通过复杂度较高的崎岖地形。     

基于模型预测控制的四足机器人斜坡自适应调整算法与实现

为了实现四足机器人在有斜坡地形下的自适应稳定行走,在模型预测控制基础上进行扩展,设计四足机器人在斜坡上的足端位置调整与躯干姿态自适应调整策略。由惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)测得机器人运动时的姿态参数,通过推导的足端轨迹算法,得到足端位置的坐标映射,调整机器人在斜坡上的重心位置;通过设计的“虚拟斜坡”躯干姿态调整算法,实现机器人在上坡过程中躯干姿态的自适应调整。利用实验室的四足机器人物理平台和搭建的实际斜坡地形环境,验证了所提算法的可行性和有效性。机器人平台验证结果表明,所提出的斜坡自适应控制方法提高了机器人在坡面上的稳定裕度,优化了足端运动空间,实现了四足机器人的自适应爬坡调整。     

四足机器人跳跃步态控制方法

针对四足机器人的奔跑控制问题,提出一种基于跳跃(Bound)步态的奔跑控制方法,通过腿部的快速小幅度摆动实现四足机器人的Bound步态。使用有限状态机将机器人的一个运动周期分为6个阶段,其中前腿与后腿各3个阶段,触地缓冲阶段采用竖直弹簧阻尼模型,蹬地阶段使用虚拟模型调整腿部对地推力方向,摆动相使用贝赛尔曲线规划足端轨迹。通过在动力学仿真软件中构建与液压驱动四足机器人SCalf-II同尺寸、同质量的虚拟样机对所提出的方法进行仿真验证与测试,结果表明机器人在5个周期后形成了有较强周期性的Bound步态,前进方向速度波动较小,各关节运动范围、速度、力矩均在SCalf-II设计指标之内,从而验证了该方法的正确性和有效性。     

德国牧羊犬的关节角及其地反力

利用VICON MX三维动作捕捉系统测定了德国牧羊犬水平面小跑和行走时前后肢关节角度的变化,并结合KISTLER测力台对德国牧羊犬地反力进行了测定。实验结果表明:在水平面上,随着速度增大,前后肢关节角变化范围增大,前肢肩关节角及肘关节角变化范围分别由28.6°和57.3°增大到31.5°和65.2°,腕关节角变化范围则由128.2°减小到112.5°;后肢各关节角变化范围均有所增加。由地反力测定可知,犬前肢制动时间占整个前肢触地时间的(55.8±3.4)%,前肢推进时间占整个前肢触地时间的(44.2±3.4)%,后肢制动时间占整个后肢触地时间的(32.4±3.3)%,后肢推进时间占整个后肢触地时间的(67.6±3.3)%。本文还从运动学和动力学角度对德国牧羊犬关节角度及地反力变化机理进行了分析。     

基于2-SPR/RUPR并联机构的四足步行机器人轨迹规划与步态分析

本文提出一种基于2-SPR/RUPR并联机构的四足步行机器人.用改进复合曲线法规划了机械腿足端行走点轨迹.在四足步行机器人的足端行走点沿前进方向的加速度曲线为正弦函数,沿竖直方向的加速度曲线为分段函数的情形下,通过对前进方向、竖直方向加速度曲线两次积分得到足端轨迹曲线.由足端轨迹曲线变化规律可以得到其运动过程无突变点,足端可以实现无冲击抬腿与着地.仿真实验表明足端速度与加速度曲线与理论曲线一致,验证了理论计算的正确性.使用ZMP方法,通过对比分析机器人在运动过程中的重心调整量以及稳定裕度值得到最优步态.该四足步行机器人具有运动平稳且灵活的特性,适用于田垄等崎岖路面上需要大的移动步幅来运输重物的应用场合.     

单足机器人垂直跳跃落地碰撞冲击力分析

为研究落地碰撞冲击力的变化规律,针对垂直跳跃单足机器人球面尼龙足底与橡胶地面的碰撞过程,建立由支撑腿和机身的动力学模型、橡胶地面大变形黏弹性力学模型和气缸上下腔气体热力学模型组成的整体数学模型和仿真模型.仿真结果表明:压缩阶段递增的弹性力和先增后减的阻尼力使地面冲击反力先增大后减小,恢复阶段快速减小的弹性力和反向阻尼力共同作用导致冲击反力单调减小;最大冲击力随下落高度、橡胶贮能模量的增大和橡胶垫厚度的减小单调增大,随橡胶耗能因子与频率比值的增大先减小后增大;单足机器人0.1 m垂直跳跃落地碰撞的实验结果表明,实验数据与仿真结果的相对误差7.6%,验证了所采用理论分析方法和仿真结果的正确性.     

基于多体动力学的六足机器人快速步态研究

实现六足机器人步态控制的前提是能够准确进行步态建模.本文提出一种基于多体动力学的六足机器人三角步态仿真模型,该模型由Simulink中的SimMechanics模块所建立,主要包括力模型和控制器模型.力模型针对足和接触地面的作用力与反作用力,控制器模型用来模拟六足机器人在行走时具有仿昆虫的行走特征.本文选用昆虫常见的三角步态来进行仿真研究,该模型成功执行了六足机器人的步态,验证了模型的有效性.     

四足机器人不规则地形稳定方法研究

当四足机器人行走在不规则的地形中时,会受到意料之外的干扰导致机器人失去平衡。为解决该问题,设计一个应用于18个自由度的四足机器人平衡控制器,在机器人受到外界干扰时能够恢复其平衡;该平衡控制器通过PD控制器计算机器人恢复平衡所需加速度,并据此提出一种四足机器人平衡算法;该算法建立独立关节空间,采用贝塞尔曲线法对机器人足端进行规划。实验结果表明,该算法能够在机器人受到外界干扰时及时调整机器人的主体位置方向来维持平衡。     

一种类人型机器人的步行稳定性研究

类人型机器人行走稳定性的理论对机器人模仿人的行走有着至关重要的影响。通过增加类人型机器人的脚跟,使其行走稳定性增强.根据双足机器人行走稳定性的动力学条件,结合类人型机器人行走的特征和重心位置,并考虑地面反力和能量两方面的因素,给出了类人型机器人行走稳定性与脚跟高度的数学关系,即增加机器人的脚跟可以增强类人型机器人步行的稳定性.     

基于神经网络的四足机器人 SLIP 模型运动控制

根据四足哺乳动物形态设计的四足机器人,能够适应错综复杂的地形,且具有较强的运动属性。 而对于四足机器人而言,运动的控制十分重要,所以对四足机器人运动过程中的跳跃控制问题进行了研究。 首先,采用弹簧负载倒立摆模型（SLIP）对四足机器人结构进行简化处理,建立了简化模型的动力学方程, 并分析了模型的运动过程以及着陆相与腾空相的转换条件。其次,在仿真平台中建立了 SLIP 动力学模型, 通过动力学仿真得到了一份仿真样本数据,并利用这份样本数据训练了一个神经网络,其中样本考虑了四足 机器人在与地面接触过程中由于碰撞和阻尼所消耗的能量。最后,在仿真平台中进行验证,给定模型的初始 高度和水平速度,通过神经网络计算出合适的着陆角,得到期望的水平末速度和弹跳高度。实验结果表明, 基于神经网络的方法可以较精确地实现对 SLIP 模型运动的控制。     

人-板耦合系统动力响应及相互作用研究

基于生物力学领域的双足模型,利用Lagrange方程建立单人行走时人-板耦合系统的动力方程。采用自编MATLAB程序进行数值模拟,验证了模型及求解程序的正确性。研究了结构跨中响应随结构频率的变化规律,人与结构间的相互作用对足底反力的影响以及足底反力随结构频率的变化规律。结果表明,随着结构频率的减小,结构跨中响应总体上呈增大的趋势,当结构基频位于前3倍步频附近时,人与结构产生共振,导致结构跨中响应陡增;人与结构间的相互作用导致支撑腿产生的足底反力减小、随动腿产生的足底反力增大,当结构的基频小于3倍步频后,此影响随结构基频降低变得愈发显著。但当结构基频为步频的1倍、2倍和1.5倍时,人与结构产生类似共振的现象,导致相互作用规律的"表现"受到抑制。     

南漳龙一新种的发现

远安南漳龙(新种)具有南漳龙属的特征,其与南漳湖北鳄的最主要区别是新种的前肢(鳍足)有七指,而不是一般属种的五指.这是由鱼类的胸鳍演化到爬行类的前肢(鳍足)的一个过渡类型.     

远安龙的发现及其演化意义

远安南漳龙(新种)具有南漳龙属的特征,其与南漳湖北鳄的最主要区别是新种的前肢(鳍足)有七指,而不是一般属种的五指.这是由鱼类的胸鳍演化到爬行类的前肢(鳍足)的一个过渡类型.     

一种仿骆驼足的设计与仿真分析

设计了一种基于仿生学的仿骆驼机械足,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;然后根据骆驼足在沙地、软土地行走的功能特点,设计出仿骆驼足运动机构,并对机构进行了运动学分析;运用Solidworks对仿生机构进行建模,并通过Adams和Solidworks对建立的模型进行动力学与静力学仿真。仿真结果表明,仿生机械足可以很好地模拟骆驼足的功能并保证结构安全可靠。     

南漳龙一新种的发现

远安南漳龙(新种)具有南漳龙属的特征，其与南漳湖北鳄的最主要区别是新种的前肢(鳍足)有七指，而不是一般属种的五指．这是由鱼类的胸鳍演化到爬行类的前肢(鳍足)的一个过渡类型．     

基于Bezier曲线的四足机器人Trot步态优化

为实现四足机器人的稳定行走,需要对其足端轨迹进行合理规划。首先,以Bezier曲线为基础,规划四足机器人的足端轨迹,并依据足端轨迹约束条件对足端轨迹进行优化;其次,通过多组对比实验确定出最优的一组控制点坐标,设计四足机器人的足端轨迹,并找到最佳的步长和抬腿高度组合;最后,基于Matlab/Simulink搭建仿真平台进行仿真实验,与应用复合摆线规划的足端轨迹在足端落地时的冲击力、质心的波动范围、机体的偏航距离、前进距离4个方面进行比较,分析四足机器人的稳定性。仿真结果表明：采用Bezier曲线规划的足端轨迹,提高了机器人运动的稳定性。     

仿生六足机器人传感信息处理及全方向运动控制

针对仿生六足机器人的智能运动控制问题,提出一种基于中枢神经模式发生器(CPG)的控制方法.传统CPG控制方法无法很好地控制机器人足端轨迹,而本CPG控制方法中加入了用于足端轨迹控制的轨迹发生器模块,通过调节参数值可以实现机器人的全方向运动控制.为降低传统CPG控制中传感信息反馈以及参数调整的复杂程度,设计2种用于传感信号处理的神经网络.该模块实现多传感信号的融合,并生成用以控制机器人运动行为的各个参数值,实现机器人的自主避障.设计一个仿生六足机器人样机,将其分别放置在两种不同的情境下进行自主避障行走实验,结果证明了机器人全方向运动控制算法和自主避障算法的可行性.     

ABA信号元件ABI1和AtGluRS间相互作用分析

利用酵母双杂交体系,研究拟南芥脱落酸(ABA)信号传导元件———蛋白磷酸酶ABI1与谷氨酸-tRNA合成酶AtGluRS间的相互作用.结果表明,在与AtGluRS发生相互作用时,ABI1C-端的第262-434位氨基酸是极为关键的接触位点,包含蛋白磷酸酶PP2C特征信号(FFGVYDGHG)的区域(122-262位氨基酸)可显著强化其相互作用.