面向Trot步态的四足机器人单腿结构及其尺寸优化

四足机器人的单腿是整机的主要支撑单元,同时也是四足机器人底层的运动单元.因此,单腿的设计会直接影响四足机器人的运动能力.针对四足机器人最为常见的Trot步态运动特点,设计了一种能适应Trot步态的新型单腿结构,并从尺寸优化的角度对该新型单腿进行结构优化.数值计算的结果表明,优化后的单腿在增大工作空间范围、减小驱动力矩等方面提升显著,可作为底层结构集成到四足机器人整机系统中去,同时也为四足机器人本体的结构设计提供了一定的理论参考.     

关于人工势场法局部最小问题的一种解决方法

针对人工势场法中局部极小问题产生的根源，提出将现场中容易导致局部极小问题的区域通过一些人为设置的特征点隔离出来。利用目标点和特征点构成的图形面积之和与被隔离区域的面积之差提前判断目标点和被隔离区域的位置关系，当目标点在隔离区域外部时，避免了移动机器人由于环境信息不足而误入隔离区域陷入局部极小问题。     

坐标测量机定位中的边缘算法

通过分析像素梯度分布,提出基于梯度分布的低阈值调整算法.实验证明,改进后的边缘算法能有效地剔除孤立噪声,增强弱边缘信息,更好地为三坐标测量机提供定位信息.     

一种多移动机器人运动规划的混合式方法

基于多移动机器人运动的集中式规划法和分布式规划法,提出将两种方法结合使用进行多移动机器人运动规划的混合式方法。此法宏观上采用集中式规划法进行规划任务总体分配,执行则引用分布式规划法加以实现。通过分析表明了这种方法解决了集中式运动规划法响应速度慢和分布式规划法难以求得规划最优解的不足。     

基于体素的机械臂连续碳纤维3D打印路径规划

碳纤维长纤3D打印对路径的连续性和复杂构型的无支撑成型均提出了需求。传统三轴熔融沉积3D打印采用平面切片和基于轮廓的路径规划方法,由于成型方向的单一性,悬空结构无法避免支撑的产生;由于采用基于轮廓的路径规划,缺少内部几何信息,无法扩展到曲面空间。针对以上问题,提出了基于机械臂的连续碳纤维3D打印曲面切片和曲面连续路径规划方法。通过三维模型的体素化处理,保证空间信息的完整性;在无支撑无碰撞约束下,分解成系列体素曲面层,保证无支撑成型;采用Fast Marching网格测地线算法,形成曲面空间的连续等距螺旋偏置路径,并对路径进行平滑优化,保证路径的连续性;最后生成用于机械臂3D打印的Gcode路径文件。通过多种三维模型路径规划仿真对比和打印实验,证明了该方法的可行性,实现了曲面分层的无支撑连续路径规划。     

基于ROS的六轴机械臂3D打印运动规划方法

针对六轴机械臂3D打印的关节运动规划问题,基于ROS搭建六轴机械臂3D打印仿真平台。采用KDL正逆运动学求解器及OMPL轨迹规划器对关节运动进行规划。针对末端执行器打印头运动与挤出机运动的不同步问题,通过速度正运动学获得机械臂末端执行器打印头的线速度;根据打印头的挤出工艺参数,建立挤出机的挤料速度与打印头移动速度之间的关系,进行挤出运动规划。结果表明：利用所提方法可实现六轴机械臂在3D打印平台上的集成;打印零件时出丝量较为均匀,避免了因挤料与打印头运动速度不匹配导致的材料堆积或缺失现象,验证了该方法的可行性。     

基于非完整约束原理的欠驱动机械臂机构的设计

依据现有的非完整约束理论、机器人机构学与控制理论,采用摩擦圆盘运动分解合成机构,提出了一种可在三维空间内运动的非完整机械臂机构,并研究其运动规律.这种三维非完整机械臂机构,既表现出运动约束的不可积性(即非完整性),还表现出运动的非线性和可控性.这类机械臂由于驱动单元数较少,从而降低了机械臂的重量和成本,这种机构对于探索三维复杂非完整机械系统具有重要的科学意义.     

主动腰部四足机器人控制系统与跳跃步态研究

四足动物在快速奔跑中会采用跳跃步态,而跳跃步态中腰部的伸缩运动又对速度的提升具有重大影响。针对跳跃步态中腰部摆动对速度的影响,设计了带有腰部主动关节的小型四足机器人,采用了舵机作为髋关节主动驱动器和弹簧作为膝关节被动驱动器,使腿部具有一个主动自由度和一个被动自由度。以STM32芯片为中央处理器设计了包括复位、通信和舵机驱动等功能模块的控制系统。通过软件设计,在实验中实现了四足机器人跳跃步态下的稳定运动和较好的仿生运动现象,验证了控制系统的有效性,观察到了腰部主动关节对四足机器人跳跃运动中的速度影响作用。     

基于协调误差的目标轨迹预见跟踪控制的研究

针对系统已知的空间目标轨迹，提出了一种基于协调误差的空间目标轨迹最优预见跟踪控制的方法，其核心是将轨迹的协调跟踪误差和轨迹的位置跟踪误差考虑成系统的状态变量，并实施最优反馈控制。仿真分析表明，该轨迹跟踪控制方法能够有效提高系统的轨迹跟踪控制精度。