磁弹性微型游泳机器人在外部干扰和复杂路径下的精确跟踪控制

基于磁弹性复合材料设计一种毫米级微型游泳机器人,利用三维亥姆霍兹线圈实现空间均匀磁场对机器人的无缆驱动,通过时变旋转磁场来改变机器人的运动姿态,从而实现机器人的游泳动作。介绍微型游泳机器人结构及制作流程,并利用Abaqus建立仿真模型,通过有限元仿真和试验对机器人的游泳特性进行对比分析,研究磁场频率、强度对游泳速度的影响。在此基础上,采用改进型视距导航控制方法提高游泳机器人的抗干扰能力,同时提出一种速度模糊自适应算法和头尾转换控制实现了对复杂规划路径的精确跟踪,试验结果表明,该算法能克服常规匀速视距导航控制易发生跟踪点丢失、无法再次回归跟踪路径等缺点,并能很好地减小路径跟踪误差,为磁控微型游泳机器人的精确控制提供了新思路。     

基于中枢神经模式的四足机器人步态控制

为实现四足机器人稳定的节律性行走,研究基于中枢神经模式发生器(Central pattern generator,CPG)的比例步态控制方式。构建互抑神经元组成的振荡器模型,并基于振荡器模型组建四足机器人髋关节CPG网络。通过仿真研究得到模型各参数与CPG网络输出特性之间的关系,确定一套整定后CPG网络的模型参数,提出四足机器人比例步态,通过CPG模型阈值的调整可实现不同占空比的步态。对基于CPG网络的步态反射特性进行分析。试验表明,该方法可实现稳定的四足机器人行走,且具备一定的障碍物反射能力,具有较好的环境适应性。     

新型四足机器人步态仿真与实现

研究一种背部带关节的新型四足机器人,通过三维建模软件Pro／E和机械系统动力学仿真分析软件ADAMS建立了四足机器人虚拟样机,规划了四足机器人的步态,并且利用AD-AMS仿真软件对该四足机器人进行了步态仿真,同时利用单个AT89C52单片机成功实现对四足机器人5个舵机的独立控制以及舵机的速度控制。仿真与实验结果表明四足机器人能够根据设计步态实现直线行走。     

小型球形水底观测机器人设计分析与实现

面向水底信息获取和环境观测需求,基于球状壳体抵抗水压能力强,转动水阻力小,便于姿态控制特点,提出球形水底观测机器人构型,由螺旋桨推进、姿态调节和复合滚动装置组成欠驱动六自由度水下移动平台,球壳作为密闭舱保护内部电子器件,结合重摆以滚动形式实现水底滚动。通过对机器人流体力学仿真计算出水动力系数并建立水下动力学方程,进一步对机器人的螺旋桨推进、飞轮转向和球壳滚动进行分析,得出球壳优化尺寸以及飞轮匹配惯量和球壳滚动特性。基于球形机器人水下移动平台和地面监控软件的水底观测系统架构,研制出球形水底观测机器人原理样机,结合机器人的构型和运动特点制定出降落、滚动和调姿三段式水底运动观测策略,水池试验表明设计的球形水底观测机器人水中推进速度可达到1.4m/s,水底移动速度可达到0.5m/s,姿态调节速度可达到30°/s,能够实现水底图像采集,辅助岸上科研人员执行水底观测任务。     

仿生爬壁滑翔机器人样机的设计与实验研究

针对多足攀爬机器人运动速度低、稳定性差、回收困难等问题,对飞鼠等四足攀爬滑翔生物体态构型和运动机理进行了分析,提取了飞鼠滑翔控制的波动步态模型,提出了一种多模式运动模型。构建了爬壁机器人模型和样机,并在仿生爬壁机器人的基础上初步构建了滑翔机器人样机;利用流体仿真软件FLUENT,确定了滑翔机器人升阻力系数、俯仰力矩与俯仰角之间的关系,以及稳定滑翔速度等参数;通过滑翔实验对仿真实验结果进行了验证。研究结果表明:滑翔机器人可以通过翼膜形状改变其气动特性,实现俯仰、滚转、偏航等姿态调整,维持滑翔过程的稳定性和有效性。     

基于四足机器人的运动学分析与仿真

四足机器人具有灵活机动的特性和跨越地形障碍方面的巨大优势,被广泛应用在野外环境作业并发挥重要的作用。基于四足机器人的仿真涉及机器人设计、受力和运动以及控制方法等各方面,具有创新意义和实用价值。文中综合利用三维建模、基于Tort步态的模拟等方式对四足机器人进行了仿真研究。通过对仿真结果的分析,得到四足机器人对角小跑步态的位移、速度、加速度,关节角速度、角加速度、关节力矩,地面作用力等的变化规律。     

基于足端轨迹规划算法的液压四足机器人步态控制策略

设计一种液压四足机器人仿生机构,通过设定相应的坐标系为机器人进行运动学建模,并对行走过程中单腿的相位关系进行了分析。针对行走过程中足端的拖地、滑动和接触冲击等问题,提出一种零冲击的足端轨迹规划改进算法,并实现了步态规划算法设计。步态规划根据步态中各腿间的相位关系,借助四足机器人运动学模型进行逆运动学解算,求出各腿的关节角度函数,利用机构的几何关系得到各液压缸伸缩量控制函数,对试验样机各腿进行伺服驱动控制,从而实现液压四足机器人的步态规划行走。仿真试验结果表明,在该策略驱动控制下液压四足机器人行走过程连续平稳,样机足端轨迹较为平滑,躯干起伏较小,证明了该足端轨迹规划方法用于四足机器人步态设计的合理性和有效性。     

基于虚拟样机技术的四足机器人步态规划与仿真

建立四足机器人质心与各关节角的关系,利用虚拟样机技术,通过质心轨迹来控制四足机器人的运动。首先,建立四足机器人质心与各关节角的运动学方程;然后,规划四足机器人的质心轨迹;最后,应用ADAMS建立虚拟样机模型,结合MATLAB对预定的质心轨迹进行联合仿真。通过对仿真结果中的机体位移、速度、关节转矩的响应曲线进行分析,并结合静力学仿真结果,对四足机器人的机构设计提出合理的简化方案。     

基于CPG的四足机器人全方位行走控制研究

针对四足机器人全方位运动控制问题,设计了中枢模式发生器(CPG)运动控制模型。利用正弦函数构建CPG的振荡网络模型,实现了四足机器人稳定的节律直线行走、斜线和转弯行走。通过ADAMS仿真和实验,验证CPG全方位运动控制模型的可行性。     

基于SMA驱动模块的仿生水母机器人

通过对海月水母的仿生性研究,设计制作了一款仿生水母机器人。为实现水母钟状体的收缩与释放动作,基于形状记忆合金(SMA)丝设计了一款新颖的具有类似于人工肌肉功能的驱动模块,详细描述了该模块的结构参数和制作工艺,并对其电气特性进行了测试研究。仿生水母机器人由6组SMA驱动模块辐射对称组装构成,采用了基于中枢模式发生器(CPG)网络的仿生控制方式,实现了水母机器人三维空间内多模式游动。最后,针对水母机器人不同的运动模式进行了多组实验,水母机器人游动数据验证了控制模型的有效性。     

基于虚拟样机技术的四足机器人结构设计

四足机器人属仿生机器人,产品设计要经过周而复始的设计-实物试验-再设计过程,才能达到要求的性能。本文采用虚拟样机技术对四足机器人进行结构设计,通过在虚拟样机系统中加入零件的物理信息(如材料种类、密度、关节摩擦,接触力等),在ADAMS环境下,对虚拟的四足机器人进行运动仿真。仿真试验发现机器人膝关节所受冲击力过大,因此改进方案,重新设计腿部结构。改后结构的仿真试验表明:新结构明显的减小了机器人运动中所受的冲击力,体现了虚拟样机技术在四足机器人结构设计与功能模拟一体化,便于提出优良设计方案的优势。     

一种重心调整装置在四足机器人步行中的应用

为实现四足机器人稳定行走,分析了重心与稳定域的关系对机器人稳定步行的影响,研制了一种重心调整装置并应用于四足仿生机器人步行中。以静态步行为例,规划了机器人及其重心调整装置的运动方式,运用SolidWorks分别对机器人和重心调整装置进行了建模,并通过ADAMS对建立的模型进行了仿真分析。仿真结果表明该装置的应用能有效调节四足仿生机器人重心位置,实现了机器人的稳定步行。     

一种重心调整装置在四足机器人步行中的应用

为实现四足机器人稳定行走,分析了重心与稳定域的关系对机器人稳定步行的影响,研制了一种重心调整装置并应用于四足仿生机器人步行中.以静态步行为例,规划了机器人及其重心调整装置的运动方式,运用SolidWorks分别对机器人和重心调整装置进行了建模,并通过ADAMS对建立的模型进行了仿真分析.仿真结果表明该装置的应用能有效调节四足仿生机器人重心位置,实现了机器人的稳定步行.     

低速域水下遥控机器人水动力试验系统设计

为测量低速域水下遥控机器人水动力系数，设计了一套水下遥控机器人水动力试验系统。通过水动力仿真模拟获得水下遥控机器人模型合适的壁面距离，以及以最大设计速度与角速度运动时受到的水动力与水动力矩。根据仿真结果确定负载需求，设计了包括由卷扬机和直线导轨驱动的拖曳试验台以及由伺服电机与旋转减速器驱动的旋转试验台的试验系统。     

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。     

一种四足机器人平面转弯步行规划

在四足机器人转弯运动中,步行设计的复杂程度与多关节的连续协调问题是影响机器人运动控制与稳定性的一个重要方面。提出了一种改进的四足机器人转弯动作规划方法,将足点轨迹在三维空间的规划解耦为两个二维空间的规划,并针对关节摆动的速度不连续问题,将关节摆幅三角函数化,进一步研究了该规划方法对转弯半径的影响,并通过仿真进行了机器人转弯试验。结果表明,机器人中心轨迹为良好的闭合圆周。     

组合式陆空两栖机器人的运动规划与仿真

为了遂行灾害救援和野外侦查等复杂作业任务,本文设计了一款将四足步行机器人和四旋翼飞行器有机组合的陆空两栖机器人。该机器人既能根据作业需求进行结构分离,以实现陆、空多领域的侦查,同时四旋翼飞行器又能自由起落在四足步行机器人躯体上进行组合作业,为多用途侦查提供了更多的可能性。四足步行机器人足端轨迹采用贝塞尔曲线,机器人机身质心规划成按直线运动,可保证机器人步行运动的流畅性、稳定性与灵活性。仿真验证的结果表明该组合式陆空两栖机器人运动特性十分优异,具有推广应用价值。     

碟型四螺旋桨全向水下机器人的设计

突破了水下机器人传统的流线型回转体结构设计方法，采用全新结构的碟型四螺旋桨设计方案，从理论上论述了此新型水下机器人的控制方法，并结合控制硬件提出了一种基本的控制方案。同时指明了此新型水下机器人的关键技术及难点，为新型水下机器人的研究和开发做了初步的探索。     

水下管道清洁机器人的设计与研究

针对目前水下管道清洁设备智能化程度低、人机交互性差的问题，设计了一款集水下管道智能巡检、污染物清除为一体的水下管道清洁机器人。该机器人采用STM32F407ZGT6单片机作为核心处理器，通过摄像头采集管道信息，利用PID算法控制水平分布于四角的螺旋桨，实现对机器人水下运动控制和管道智能巡检；清除过程采用机械臂结合OpenMV模块实现管道上的杂物清洁。设计的水下管道清洁机器人结构简单、控制稳定，可以实现水下管道巡检、杂物识别、杂物清除的一体化服务，从而降低清洁成本，提高经济效益。     

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。