非结构环境六轮腿机器人典型路况步态规划及分析

针对非结构环境下六轮腿机器人地形通过性及高效行走问题,在已有并联六轮腿机器人模型的基础上,建立六足轮腿机器人运动学模型,分析机器人在凸起、凹坑、斜坡、崎岖等典型非结构地形下的移动能力,获得典型非结构地形机器人移动能力与机器人构型参数的相互影响关系.进而规划了六轮腿机器人典型大尺度非结构地形条件下的运动步态,通过ADAMS软件仿真验证了运动模型的正确性及运动步态的可行性;研究结果可为六轮腿机器人非结构地形条件下实现高效行走的控制策略提供借鉴.     

非结构环境六轮腿机器人典型路况步态规划及分析

针对非结构环境下六轮腿机器人地形通过性及高效行走问题,在已有并联六轮腿机器人模型的基础上,建立六足轮腿机器人运动学模型,分析机器人在凸起、凹坑、斜坡、崎岖等典型非结构地形下的移动能力,获得典型非结构地形机器人移动能力与机器人构型参数的相互影响关系.进而规划了六轮腿机器人典型大尺度非结构地形条件下的运动步态,通过ADAMS软件仿真验证了运动模型的正确性及运动步态的可行性;研究结果可为六轮腿机器人非结构地形条件下实现高效行走的控制策略提供借鉴.     

轮腿交互变换式行走机器人运动学分析

基于轮式机器人在路况较好时行走快速及腿式机器人越障能力较强的特点,提出了一种轮腿交互变换式行走机器人。运用Solid Works三维建模软件对其结构进行建模,并用水平传感器对其肢体进行平衡调控;通过对舵机及轮毂电机转动速度与角度的控制,实现对机器人轮式行走时速度及方向的调控;通过设计并执行步态控制模块的指令,使机器人腿式行走时腿部各关节之间协调移动,顺利进行各种不同形式地形的越障,实现机器人平稳向前移动。从而解决了轮式机器越障能力低、腿式机器行走速度慢且不够平稳的问题,同时大大提高了机器人的越障性能和步态行走时的稳定性。     

八足机器人行走机构设计及其运动学分析

针对多足机器人在变地形环境下快速行走的问题,对多足机器人的腿部机构与运动模式进行了研究,设计了两种机器人腿部行走机构,即六连杆腿部机构与齿轮传动腿部机构,并基于这两种腿部行走机构组合了一种八足机器人。首先,对八足机器人各腿部行走机构和整体结构进行了设计分析,根据各腿部机构选择适用步态进行了研究,即前后连杆腿的对角步态与中部齿轮腿的单线直行步态;然后,研究了机器人的两种不同腿结构的行走性能,对其进行了运动学分析;最后,整体分析了机器人对角步态和越阶梯两种运动模式,并通过ADAMS软件对机器人两种运动模式进行了运动仿真,将后处理曲线与运动分析进行了对比。研究结果表明:机器人行走具有稳定性,两种运动模式具有可行性。     

轮腿式爬楼梯移动机器人的设计及运动特性分析

针对非结构化复杂环境对移动机器人的运动要求,结合轮式和腿式移动机构的优点,设计了一种高效、稳定的轮腿式爬楼梯移动机器人。设计了机器人的主要结构,分析了机器人的稳定性及转向性能。平地行走、转向、越障、上下楼梯等实验结果表明:设计的轮腿式爬楼梯移动机器人结构简单,运动灵活,控制方便,控制精度高,不需对运行步态进行预先规划,它不仅可以在崎岖不平的环境中实现快速行驶,而且实现了快速稳定的爬楼梯功能,具有很强的越障能力和环境适应能力。     

适用于月面极端地形的爬-滚机器人设计及爬行滚动特性分析

面向月面极端环境科学探测任务,提出一种兼有快速通过性和良好环境适应性的爬行滚动一体化机器人设计方案,通过机器人6条腿的形态变化,使机器人具有爬行和滚动两种运动模式.在对爬-滚机器人构型分析的基础上,建立了单腿正逆运动学模型,以运动学为基础,基于足端轨迹规划设计了爬行模式下机器人直行、原地转向步态;结合非结构地形的特殊性,通过尺寸和力约束条件分析了机器人滚动模式下的最大爬坡角和最大越障高度.基于ADAMS软件对机器人爬行模式直行、原地转向,滚动模式爬坡、越障等运动行为进行了模拟,并搭建了机器人移动试验平台,对机器人样机在实验室环境中进行了测试,仿真和试验结果表明机器人在爬行模式下具有良好的移动性能,在滚动模式下具有一定的爬坡和越障能力,爬行、滚动模式运动特性分析能准确地评价机器人性能,证明了该设计方案的适用性和可行性,为后续特种探测机器人的研究提供借鉴.     

基于异形Stewart平台的电动并联式六轮足机器人

针对现有的机器人承载能力不足、复杂环境下适应能力弱以及运行速度慢等特点,创新性地提出了一种基于异形Stewart平台的电动并联式六轮足机器人,该机器人集成了轮式运动与足式运动的优点,可实现轮式、足式以及轮足复合式运动。首先,对机器人的机械结构与控制系统进行设计,然后,为了实现在复杂环境下稳定的行走,足式上设计三足"对角步态"、"两足步态"和"单足步态"的稳定行走算法,实现了机器人稳定且匀速行走;设计了一种在足式步态中调整"支撑项"与"腾空项"占空比的控制算法,克服了足端与地面接触瞬间对机身整体速度带来的影响。轮式运动设计了6轮协同控制,具备6轮独立驱动、独立转向等功能。轮足复合式运动模式下具有变高度、变支撑面、变轮距等功能。通过对电动并联式六轮足机器人多种运动模式进行试验,结果验证了电动并联式六轮足机器人性能的优越性以及控制算法的有效性。     

新型轮腿复合机器人的运动分析及步态研究

为提高机器人在复杂环境下执行多种任务的能力,提出了一种通过轮式与足式相互切换实现多种操作模式的新型轮腿复合机器人,给出了机器人初始运动模式以及通过支链变换可实现的其他移动和操作模式。求解了机器人六足和四足行走模式下的运动学与步态问题,根据稳定性几何约束条件,给出了机器人支链末端的可达工作空间与移动过程中的运动轨迹。利用机器人轮式行走状态下全向模式和低重心模式的支链几何关系,给出了两种模式相对应的支链位姿与机器人行走参数。最后,考虑机器人所处不同地形和任务环境,对机器人不同模式间的切换过程进行了运动规划与稳定裕度计算,并在V-REP机器人仿真平台进行虚拟样机仿真。结果证明机器人在运动与模式切换过程中具有良好的稳定性,以及实现多种类型任务的移动和操作能力。     

轮腿式机器人步态生成的拓扑矩阵方法

为实现机器人在核电救灾等非结构化环境中的步态规划和自适应行走,以六足轮腿式机器人为研究对象提出基于当前地形的机器人自适应在线生成步态的规划策略,通过全局地形环境中机器人对前进方向局部地形的实时识别,确定其基本地形类型,产生相应的基本步态,动态生成机器人的步态序列。定义机器人触地状态及其列矢量表达,给出机器人步态因子的分类及其拓扑矩阵;定义基本地形及相应的基本步态,给出基本步态的拓扑矩阵;在此基础上,提出基于地形识别的步态拓扑规划策略和步态拓扑矩阵生成流程,通过矩阵递推算法实现机器人步态拓扑的动态生成。     

非结构环境下六足机器人仿真研究

为了研究六足机器人在不同地形环境下的运动性能,利用CREO三维建模软件生成了一款六足机器人三维实体模型,并导入ADAMS虚拟样机软件获取样机动力学模型.通过建立平地、沟壑以及梅花桩地形虚拟环境对其进行直线行走仿真分析与非结构路面行走步态仿真分析,获取六足机器人在不同运动形式下质心位移、足端受力、各关节转矩等参数随时间的变化曲线,验证了六足机器人结构设计的合理性以及运动的可能性,为六足机器人实物样机的研制提供了理论依据.     

面向未知复杂地形的四足机器人运动规划方法

针对四足机器人在非结构化环境下的自适应稳定行走问题,提出一种面向未知复杂地形的四足机器人运动规划方法。采用爬行步态,基于零力矩点(Zero moment point, ZMP)稳定性判据进行在线轨迹规划。通过摆动腿的落地规划和感知策略估计未知地形的参数,实时调整各支撑腿的长度以控制机器人躯体的位置和姿态与当前地形相匹配,实现四足机器人对于未知地形高度和坡度变化的自适应。试验结果表明,四足机器人能够在满足稳定性的前提下,对未知复杂地形具有良好的适应能力,验证了该方法的有效性与可靠性。     

轮腿式机器人轮-腿高效移动策略优化

复杂地形下的高效移动策略是轮腿式机器人研制过程中的技术难点。本文在常规移动策略的基础上，通过引入关节空间状态量描述支腿相对于机身的位姿，引入位姿转换量描述相邻时序的位姿状态量间的运动过程，进而建立起移动策略与时间和能耗的数学模型，并以移动时间最短和能耗最低为目标，建立了移动策略的优化模型，通过优化迭代形成轮-腿高效移动策略。复杂地形下的越障仿真表明，机器人采用轮-腿高效移动策略可实现越障功能，与常规移动策略相比，移动时间及能耗均明显降低，验证了轮-腿高效移动策略的有效性。     

六轮腿复合型移动机器人越障分析及机构设计

面向无人化复杂野外环境考察及勘探的需求,以设计具有良好的机动性、通过性的自动勘察机器人为目标。进行了六轮腿复合型移动机器人本体的抗倾翻能力分析;选取了两种典型障碍沟和坎,对六轮腿复合型移动机器人本体的越障过程进行构型分析;进行了六轮腿复合型移动机器人本体的机构设计研究,重点设计了一种可以主动转动又能被动柔顺的轮腿复合移动机构;进行了机器人性能测试试验,验证了机器人本体的可靠性和实用性。     

3-CUR轮腿式机器人步态规划与仿真分析

提出了一种基于3-CUR并联机构的轮腿式机器人,其具有轮式的移动速度快和腿式的越障能力强的优点,并具备并联机构的刚度大、承载能力强等优势.对3-CUR轮腿式机器人进行结构设计,且对3-CUR并联机构进行研究分析,得到其具有3-DOF(两转一移).通过运动空间需求量和最大稳定裕度对比分析,得到3-CUR轮腿式移动机器人在行走状态的最佳步态.利用SOLIDWORKS模拟了机器人在平地和沟壑的行走过程,得到了机器人的最大步长与步高;分析了机器人的质心变化情况,得到该机器人在行走过程中平稳性良好,可用于复杂、危险环境的探测和救援.     

3-PUU轮腿式移动机器人的步态与稳定性分析

轮腿式机器人兼具轮式的移动速度快和腿式的越障能力强的优势,是新型移动机器人的发展方向。提出了一种基于3-PUU并联机构的轮腿式移动机器人,其具有并联机构的结构简单、刚度大、承载能力强等优势。对3-PUU轮腿式移动机器人的腿式行走步态进行了分析,阐述了轮腿切换原理以及轮式模式下的转向原理。通过重心计算,分析了该机器人在路面上运动的稳定性,确定了最大步长。利用三次样条插值法推导出了平台的运动轨迹方程,并在Matlab环境下进行仿真,得到平台的位移、速度、加速度变化规律。仿真结果表明,该机器人可实现连续稳定的行走,可用于煤矿井下等危险环境的救援任务。     

双曲轴驱动的八足趴卧式步行机器人设计分析

采用类似昆虫趴卧式关节腿结构,以2个电机分别独立驱动2条曲轴、进而分别带动与2条曲轴铰接的步行腿机构的技术,研发了一种八足趴卧式步行机器人。该机器人每条步行腿机构均是由曲柄连杆机构组成的大腿、小腿及胯关节和膝关节;且每条步行腿均是由2个曲柄控制,以实现其前后和上下摆动,能模拟昆虫类步行腿三维空间的爬行步态。通过对腿足结构原理的分析,建立爬行腿坐标系及其各连杆间空间变化矩阵的运动学模型;并以此分析了该机器人整机的爬行工作原理和典型爬行步态运动方式。最后,通过样机制作和行走试验表明：该机器人可以实现整机爬行运动要求,验证了其机械原理、运动学模型的正确性和设计方案可行性,其机械原理、曲轴结构设计、仿生步行腿设计和曲轴曲柄连杆驱动、传动系统的设计方案等,均可为将来更好的完善多足步行机器人开发应用提供参考依据。     

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。     

一种可重构多模式步滚移动机器人

为适应多重复杂地形环境的需求,提出了一种新型的具有行走、变形和滚动能力的可重构多模式移动机器人,该机器人可以根据地形改变不同的运动模式,提高了对非结构化地形的运动适应性。利用螺旋理论找出机构在各运动模式下的奇异位,并对机构在各运动模式下移动可行性进行分析。运用ADAMS软件对多重特征地形进行了仿真试验,结果表明,该机构在步态、稳定性、多环境适应能力等方面有明显的优势,最后样机试验也验证了各运动模式的可行性。     

双足步行机器人步态规划方法研究

利用三步规划法对HIT-ROBOCEAN机器人行走步态进行离线规划,使其实现稳定步行.首先通过对人类行走步态的研究,结合双足机器人的实际结构,规划机器人行走时的基本姿态及重心轨迹;再建立机器人运动学模型,根据规划的行走姿态及轨迹建立运动学方程,求解方程得到机器人各关节的运动轨迹;最后,针对前向运动与侧向运动之间的耦合,对得到的运动轨迹进行修正,使机器人行走更加流畅,并通过实验验证了这种步态规划方法的可行性.     

基于ADAMS的六轮自适应越障机器人的设计与研究

针对在复杂环境下对移动机器人的运动要求,设计了具有良好机动性和越障性的六轮腿复合型移动机器人。用静力学方法对机器人进行了稳定性和运动能力分析,运用虚拟样机动力学软件ADAMS构建了自适应越障机器人参数化模型,主要对机器人在两种不同障碍物条件下越障情况进行了分析,获得了机器人各部件和整体的运动学特性曲线,为机器人结构的设计与数值计算提供了理论依据。对机器人样机进行了性能测试,验证了机器人本体结构的可靠性和实用性。