蛇形机器人伸缩运动性能研究

为研究蛇形机器人常用的典型步态——伸缩运动的性能与不同摩擦系数环境的关系,分别用单向被动轮和双向被动轮设计正交串联蛇形机器人地面接触机构。通过蛇形曲线公式控制蛇形机器人垂直关节节律实现伸缩运动。通过实验得出了摩擦系数对单向被动轮和双向被动轮接触面型蛇形机器人伸缩运动步态的影响及对应的蛇形曲线参数的调节策略。     

多关节蛇形机器人的结构设计和运动实现

针对蛇形机器人整体研制的关键问题，包括材料选取、结构设计和运动实现等，研制了一种新型的多关节蛇形机器人。该蛇形机器人由11个二自由度正交关节构成，可在保证灵活性的同时实现三维高仿生运动。采用蛇形曲线设计了蛇形机器人的蜿蜒、蠕动和翻滚等基本步态，并进一步提出了改进的越障步态。同时，在V-REP软件中对蛇形机器人的步态进行运动仿真，比较了不同步态的运动轨迹和运动效率。最后，通过蛇形机器人样机步态实验，对步态模型中各个控制参数对蛇形机器人运动波形和运动速度的影响进行了分析，验证了蛇形机器人本体结构与控制系统的可靠性。研究结果对实现蛇形机器人的步态规划与运动控制具有重要的理论意义与实际指导价值。     

水下蛇形机器人的滑翔运动性能研究

结合水下滑翔机在海洋中的较强续航能力,以及蛇形机器人在水中的良好机动性能,研制了一种具有两者特性的新型水下滑翔蛇形机器人,它具有水下滑翔机续航时间长、航行距离远,以及水下蛇形机器人机动性强、运动灵活的运动特性。对该水下滑翔蛇形机器人的滑翔运动性能进行了试验研究。首先对水下滑翔蛇形机器人的运动原理及关节结构进行了设计分析,其次对机器人的硬件及控制系统进行了结构分析,而且根据动量定理和动量矩定理,对机器人的滑翔运动方程进行了推导,并化简到垂直平面。最后对平衡状态进行了仿真分析,对机器人的运动能力进行了试验验证。试验结果验证了水下滑翔蛇形机器人机构的有效性。     

蛇形机器人抬头运动分析

蛇形机器人需要抬头运动来获得环境信息。本文将蛇形曲线的蜿蜒运动步伐函数作适当改进后应用到蛇形机器人的抬头运动中,实现了蛇形机器人的动态抬头规划,并建立了动力学方程,对抬头运动的动力学作了分析。对抬头过程中ZMP的分析证明了运动规划的有效性。最后用仿真和实验验证了所提出的理论。     

蛇形机器人水中上浮下潜运动仿真研究

根据水下环境特征,研究蛇形机器人在水中三维空间的运动步态.基于虚拟机器人实验平台(V-REP)动力学仿真软件搭建了具有垂直和水平关节的蛇形机器人模型,在蛇形曲线生成蜿蜒运动的基础上,采用逐节升降法实现了水中的上浮下潜运动步态.分析了蛇形机器人在水中运动过程中的位态、受力、关节力矩及运动效率的状况,为蛇形机器人水中运动的实用化提供数据参考,同时验证了逐节升降法实现蜿蜒下潜上浮的有效性.     

蛇形机器人蜿蜒运动性能的仿真研究

基于用V-REP仿真软件建立的蛇形机器人动力学模型,对蛇形机器人的蜿蜒运动性能进行了研究。首先通过蛇形曲线控制蛇形机器人实现蜿蜒运动,对关节角度和力矩情况进行了分析,其次通过变化蛇形曲线公式中的起始弯角、体内形成波个数、弧长变化率来观察分析这些参数对蛇形机器人蜿蜒运动性能的影响,最后研究分析了蛇形机器人蜿蜒运动的爬坡、转弯性能,得出了对实现蛇形机器人的实用化有理论、技术意义的结论。     

蛇形机器人的设计及摩擦力对其运动性能影响的分析

为使蛇形机器人的结构和运动形式能够适应各种复杂环境,研究了蛇形机器人运动性能与环境的关系及其运动控制,设计了一种单被动轮为接触面的正交串联蛇形机器人,分析了蛇形曲线参数对其运动的影响,通过实验研究了摩擦系数对其运动步态的影响,得出了蛇形机器人的前行速率随蛇形曲线参数α的增大而增大,随摩擦系数μ的增大而减小的结论,以及蛇形曲线步态参数的调节策略。     

蛇形机器人的翻滚运动及其越障研究

提出了一种新型蛇形机器人机构。该机构既可以实现平面运动又可以实现空间运动。建立了其空间运动学模型并实现了空间翻滚运动。实验结果表明：翻滚运动不需依靠模块与地面之间动摩擦力方向差来实现驱动，而是通过模块与地面之间静摩擦力和互相垂直的两个运动平面内异相波的相互作用产生驱动力。翻滚的方向和姿态由两个波形曲线的相差和传播方向决定。利用翻滚运动．实现了少模块数蛇形机器人的越障运动．     

水下蛇形机器人机构设计及蜿蜒游动研究

仿效自然界蛇在水中的蜿蜒游动,设计了适于水中蜿蜒游动的蛇形机器人样机,并运用蛇形曲线对其蜿蜒游动进行实验研究。首先对蛇形机器人在水中的受力情形进行了分析;其次通过蛇形曲线控制蛇形机器人实现蜿蜒运动,并用依据样机搭建的动力学模型对蛇形机器人蜿蜒游动性能进行了仿真研究;最终对比分析了蛇形机器人在水中蜿蜒游动性能实验与动力学仿真中蜿蜒游动性能试验,验证了建模的必要性,为蛇形机器人的实用化提供了理论技术依据。     

蛇形机器人平面运动控制方法的研究

介绍了蛇形机器人实现转弯运动的一种新方法——幅值调整法,并用实验验证了该方法。选取位移传感器安装到蛇形机器人的一个单元上,来测量侧向滑动距离和偏转角度。综合幅值调整法和传感器信息,提出了蛇形机器人自主运动控制规律。最后给出计算机仿真结果。     

基于GPS的蛇形机器人导航方法

将GPS技术应用于蛇形机器人自主运动控制。根据蛇形机器人的基本运动方式,针对其现有的前进、后退、近似角度转弯等运动特点,提出了一种适用于该种蛇形机器人的自主移动算法,即用蛇头运动的方向近似看作蛇体运动方向。通过仿真验证了该算法的有效性,能够使蛇形机器人自主地到达目标点。     

轮-履-腿复合仿生机器人步态规划及越障性能分析

为了提高移动机器人的越障性能,实现其自主越障,设计了一种轮-履-腿复合仿生机器人,并对其进行步态规划和越障性能分析.首先,以海龟为仿生对象,通过分析其身体结构和稳定机理,设计了机器人的轮-履-腿复合式移动机构和二自由度支腿结构;同时,基于该机器人的结构特征,利用D-H(Denavit-Hartenberg)法建立了坐标...     

转盘式多足仿生机器人的运动学分析及优化

为解决多足机器人控制系统复杂、加工装配困难的问题,设计了一种基于单自由度Jansen连杆机构的转盘式多足仿生机器人,并对其进行运动学分析和优化。首先,运用旋量理论对机器人的单条仿生机械腿进行自由度验证,并运用复数矢量法对仿生机械腿进行运动学求解,得到其足端运动轨迹方程及各关节的转动角度。然后,基于仿生机械腿足端的运动轨迹及其影响因素,分析了其优化方向。接着,提出了转盘式传动机构,并对仿生机械腿的转动关节和足端进行了优化,同时利用SolidWorks软件对转盘式多足仿生机器人的步态进行了时序分析。最后,制作了转盘式多足仿生机器人样机并分析了其在常规路况下的运动能力,验证了其可行性。结果表明,改变曲柄长度和机架水平倾角可优化多足仿生机器人的运动轨迹,使其更符合实际应用所需;转盘式传动机构与多条仿生机械腿的叠加,提升了机器人的环境适应性。研究结果为后续机器人系统的设计及工程应用提供了重要的理论依据。     

助老服务机器人设计及仿人运动研究

针对老年人在日常生活中存在行动不便与认知障碍等问题,设计了一款操作简便、功能丰富的助老服务机器人。为降低助老服务机器人的操作难度,增强用户的体验性,通过建立人体手臂与机器臂的空间关节映射模型,实现了机械臂的仿人运动控制。首先,按照人体手臂与机械臂的结构及自由度分布情况初步建立人机关节映射模型,采用蒙特卡罗方法,对人体手臂和机械臂的工作空间进行仿真分析与对比。然后,针对人体手臂与机械臂在空间结构以及自由度分布上的差异导致的机械臂工作空间较小且无法完全复现人体手臂运动的问题,提出了相应的改进方案,并重新建立了人机关节映射模型;通过Kinect视觉传感器获取人体关节的空间位姿信息,并以人体左肩关节为原点建立人体坐标系,采用空间向量法及基于肘部约束的人臂逆运动学解法求解人体关节的位姿变化。最后,搭建了助老服务机器人仿人运动实验平台,对改进后的人机关节映射模型和相关控制算法的有效性及合理性进行了验证,实验结果表明关节重映射后机械臂能高度还原人体手臂的动作。研究成果对提高机器人的交互能力具有借鉴意义,对降低机器人的操作难度效果明显,也为后续研究更加复杂的仿人运动机器人奠定了基础。     

柔性关节空间机器人基于神经网络的自适应反演控制

讨论了载体位姿无控情况下,漂浮基柔性关节空间机器人的关节运动控制器设计问题。利用系统动量、动量矩守恒关系及拉格朗日法,建立了空间机器人的动力学模型。为实现系统关节运动控制目标,借助于神经网络函数逼近技术,提出了一种柔性关节空间机器人的自适应反演控制方案。所提控制方案无需预知系统各惯性参数的真实信息,且可避免对载体位置相关量进行实时地测量与反馈,因此较适于实际应用。数值仿真结果表明:上述控制方案可使系统各柔性关节的振动较小,并能够有效地控制空间机器人完成所期望的关节运动。