仿生四足机器人的结构与步态分析

介绍了仿生四足机器人的整机结构和单腿结构.在此基础上,对仿生四足机器人进行了运动学分析、直线行走步态分析与定点转弯步态分析,并进行了样机步态测试.     

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。     

液压四足机器人单腿竖直跳跃步态规划

针对机器人跳跃运动落地时冲击力大的问题,面向竖直跳跃运动,以液压四足机器人单腿为研究对象,建立液压驱动四足机器人单腿运动学模型,并分别对机器人单腿处于起跳相、落地相和腾空相时进行轨迹规划;根据关节参数,通过运动学逆解求得驱动函数,利用仿真软件ADAMS进行竖直跳跃步态仿真;搭建单腿实验平台,进行实验验证,依据得到的动态特性,分析步态规划的准确性及合理性,为后续液压四足机器人动步态的研究提供设计和控制依据。     

四足机器人Trot步态的偏航运动控制

为解决四足机器人Trot步态的偏航运动控制问题,借鉴两轮差速驱动的原理将机身的运动分解为两着地腿的运动,再基于弹簧倒立摆模型对单个着地腿的前进速度和侧移速度进行控制,最后通过控制两着地腿的运动来控制机器人整体的运动,从而实现对机器人偏航角的控制.基于这种思想,可以对偏航角、前进速度和侧移速度的控制进行统一设计,简化了基于三维模型的四足机器人运动控制的难度.在虚拟样机中进行仿真实验,发现控制方法在前进速度为零和非零时都能对偏航角进行很好的控制.     

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。     

四足机器人单自由度腿部优化设计及仿真

基于仿生原理的四足机器人是当今国内外众多学者研究的热点。针对四足机器人运动平稳性的要求,提出了一种竖直方向改进型等速运动规律和前进方向仿生运动规律相结合的无冲击足端轨迹形式,推导出分段函数表达式;针对四足机器人存在的驱动多、腿部刚度弱的情况,构思了一种由两个曲柄摇杆机构、同步带传动和一对外啮合圆柱齿轮传动组成的单自由度的新型腿部机构,并建立该机构的运动学模型,推导了其足端的坐标;综合利用遗传算法和非线性优化一般方法,以无冲击的足端轨迹的逼近度为目标,优化计算了机构各构件的最佳运动尺寸和初始位置;使用三维建模软件搭建简化的虚拟样机模型,并导入到Adams软件中进行了Trot步态仿真试验,运动效果达到了预期设计。所提出的无冲击轨迹可以为其他足式机器人的足端轨迹规划提供参考,由两个曲柄摇杆机构组成的多连杆腿部机构优化设计方法为足式机器人腿部设计提供了基础和创新思路。     

基于ADAMS的液压驱动四足机器人步态规划与仿真

为实现机器人的高负载、不平地面的高适应性运动要求,设计了一种液压驱动的四足机器人。分析了四足机器人的机械结构,机器人腿结构具有运动关节少、运动空间范围大特点,利用ADAMS规划设计了四足运动步态,并在ADAMS中进行动力学仿真。仿真分析了对角步态下机器人质心位移、液压缸驱动力以及与地面的接触力等参数,获得了液压缸工作流量、功率参数。仿真结果验证了机器人结构设计、步态规划的可行性,为液压缸、发动机选型提供了参考依据。     

一种新型轮腿四足机器人腿部机构结构参数优化

目前对于躯体宽度可变、具有腰关节的轮腿四足机器人的研究相对较少,针对这一问题,提出了一种新型轮腿四足机器人,对该机器人的腿部机构结构参数尺寸进行了优化研究.采用Solidworks软件建立了四足机器人的整机模型及腿部结构模型;对机器人腿部机构进行了运动学分析,推导出了其腿部机构的位置正反解公式,并利用MATLAB对位置...     

一种新型弹性足式机器人腿部结构设计与分析

提出了一种新型弹性足式机器人腿部结构设计方法。设计了一种结构简单、响应速度快、抗冲击性强的新型足式机器人腿LCS-Leg(Linkage cable-drive spring leg)。该机器人腿采用弹性连杆机构和线驱动系统,有效降低了腿部惯量和着地冲击力,提高了机器腿的响应速度和减振抗冲能力。使用复数矢量法和D-H方法建立该机器腿运动学模型,基于此模型求解足端运动工作空间,分析了LCS-Leg的越障能力。设计单腿仿真试验平台,对两种不同结构的机器腿进行仿真,对比两者的质心高度、前进速度和足端接触力,验证了所设计机器腿的运动性能。试制弹性足式机器人腿及其试验平台,通过实物样机单腿行走试验,验证了设计方法的有效性,并完成了四足机器人整体结构设计。     

四足机器人爬行凸起上坡的运动仿真研究

针对斜坡凸起环境下四足爬行机器人上坡时腿部受较大地面冲击的问题,设计了一种四足机器人的爬坡步态。首先,建立了三维柔性腿部结构模型;接着,针对斜坡凸起路面,对平坦路面下对角小跑步态的抗冲击性和稳定性进行了优化设计;然后,通过机器人单腿正、逆运动学分析,获得了斜坡对角小跑步态下四足机器人足端轨迹与关节角度的映射关系;最后,在斜坡凸起环境下对四足机器人进行了爬行运动仿真。研究结果表明:与平坦对角小跑步态相比,采用斜坡对角步态的四足爬行机器人质心位移更加平稳,其胫节足端接触力峰值较平坦对角小跑步态减小了8.05%,验证了所设计的爬坡步态的合理性。     

一种PR结构蛇形机器人的结构优化设计

根据仿生蛇多冗余、多自由度的特点,提出了PR结构蛇形机器人机械机构。该机构的主要特点是关节机构的模块化,每个关节具有3个自由度,关节结构中采用了弹簧零件,每个关节有2个电机。在电机没有力作用的情况下,弹簧通过预紧力恢复至初始位置,不需要电气和程序控制,大大简化了操作流程。蛇体运行更加贴合外环境表面,增加了其执行任务过程中的稳定性。突破性实现了轴向伸缩、背部腹部弯曲等功能体态。     

塑料组合筒体组装机的机械结构设计

运用设计方法学和创造学,从功能分析着手,对塑料组合筒体组装机进行机械运动方案和机械结构设计,并采用气缸驱动滑板式校正模具和带浮动旋头的特殊旋转组合机构解决了因手工装配带来的质量差、效率低的问题,提高了生产效率和产品质量。     

凹槽调整光学精密机械的典型结构——偏头机构

根据光学精密机械结构中经常碰到的空间无级调速的需求,综合考虑成本,调试效果及生产人员的操作便捷性等方面的问题,从原理上阐述了偏头凹槽调整机构的设计思路和概念,提出了从设计基准到加工,组装调试的零件设计方案.从典型案例上说明正确的思路,具体到产品,根据光学系统要求,空间,调整范围等不同因素,故设计也不完全相同,但只要思路正确,设计出的产品不但可以满足光学系统的要求,而且也会在提高生产效率,降低产品成本等方面提供良好的基础.     

基于灵敏度分析的某密封结构优化设计

在某试验装置密封结构的设计中引入灵敏度分析理论,通过对密封元件的相关结构参数相对于密封时间以及最大Mises应力的灵敏度分析,确定各设计参数对密封时间和应力变化的影响程度。并根据灵敏度分析结果,确定最适合的优化方案,从而得到密封结构各元件的最优结构尺寸。该设计思路可以为优化参数的设置提供参考。     

金属切削刀具结构优化与仿真分析

本文研究了优化设计的刀具结构对刀具切削性能的影响。优化后的刀具结构使切削液从刀具内部通过,在刀具内部形成强制对流。COMSOL Multiphysics软件仿真结果显示,优化后的刀具结构不仅满足应力强度要求,而且使刀具的工作温度大幅度降低。切削过程中,刀具温度的降低,可降低由切削热引起的热应力和热变形。因此,优化后的刀具结构可极大地降低刀具磨损、增加刀具使用寿命,使零件的加工精度和表面质量得以大幅度提升。     

基于基结构法的液压机底座结构拓扑优化

为使液压机底座结构的拓扑设计更加合理,提出了基于基结构法的底座结构拓扑优化方法,并以8 MN液压机底座为例,给出了以板为基本结构单元的底座基结构和建立在基结构基础上的包含尺寸变量和拓扑变量的结构拓扑优化数学模型。针对该拓扑优化问题,设计了专门的遗传求解算法。     

机械零件结构的构形变异设计法

采用以获得满足功能需求为目的的变异设计法确定机械零件结构构形,使得零件的结构设计过程转化为零件的构形变异过程。由此,杂乱无章的零件结构设计变得具有一定的规律性。提出在《机械设计》课程教学中讲授机械零件的构形设计,解决了学生结构设计经验不足的问题,提高了学生机械零件结构设计的能力。     

空间钢结构复杂节点自动装配机的结构设计

文中为提高某种新型空间钢结构复杂节点的装配精度,对该节点的构型特点进行了分析,并运用现代设计理念与手段开发了一台六自由度的空间钢结构复杂节点自动装配机。通过调整装配机的末端执行器给节点支腿提供标准位姿,作为节点支腿的焊接工装。研制开发了实验样机并运用点位控制的方法获得了相关实验数据,并与理论计算数据进行了比较。结果表明,所设计的自动装配机精度良好,达到了使用要求,同时节省了资源和降低了能耗。