跳跃机器人研究现状和趋势

跳跃运动其着地点的离散性和发力的突发性和爆发性使跳跃运动模式的仿生机器人具备很强的越障和环境适应能力.本文结合国内外跳跃机器人的研究现状和成果,将跳跃机器人研究分为伸缩式、关节腿式、轮滚式和弹性变形式4类,并分析各类机器人特征.结合本课题组对跳跃机器人的研究,总结了跳跃机器人研究的关键技术,最后展望了未来跳跃机器人研究发展趋势.     

单足气动跳跃机器人的基于时间事件控制方法

传统的单足跳跃机器人高度控制多采用基于状态的控制方法,这种方法由于使用位置传感器,机械系统和控制系统都较为复杂.本文提出了一种只使用触地开关的基于时间事件的控制方法,简化了系统的设计.建立了包含气动特性的动力学模型,通过仿真分析了该控制方法的特点,在机器人样机上验证了算法的有效性.仿真和实验结果表明基于时间事件控制的机器人在保证系统具有相同稳定范围、收敛速度的同时,比基于状态事件控制的机器人更简单、跳跃高度调节更灵活.     

基于弹簧-质量模型的仿袋鼠跳跃机器人步态稳定性研究

根据袋鼠跳跃运动的特点,建立了仿袋鼠机器人的弹簧—质量模型．采用拉格朗日法通过线性化近似分析建立了其动力学方程,并对其进行了着地阶段径向与横向运动分析．根据步态运动稳定性的条件,研究了仿袋鼠跳跃机器人顶点反射映像函数、固定点的存在性及其稳定性,获得了仿袋鼠机器人在跳跃过程中满足步态稳定性的各个参数的取值范围,以及各参数之间关系的显式表达式．最后,通过实例证明了采用线性化近似分析的有效性,并获得了仿袋鼠机器人稳定跳跃时各参数之间的变化关系．     

基于DSP2812的双臂单腿跳跃机器人控制系统研究

对于一种新型的双臂单腿跳跃机器人,简要介绍了该机器人系统的特点.根据该机器人的功能和要求,提出了控制该机器人的设计目标和关键技术,据此设计了基于DSP的运动控制系统,并介绍了该控制系统的体系结构,在搭建的试验平台上做了相关试验.实验结果表明该控制系统的性能指标达到了对跳跃机器人的预期要求.     

用于行星探测的跳跃机器人研究

综述了用于行星探测的跳跃机器人（PEHR）的研究现状,分析了PEHR 研究所面临的问题,并预测了 其发展趋势．     

确定跳跃机器人落地姿态的最小能耗方法

本文提出了确定单足跳跃机器人落地姿态的最小能耗方法,该方法对其他动态步行多足机器人的研究也有参考价值.     

基于加速度传感器的机器人极点配置控制

本文为工业机器人提出了一种极点配置控制法．这种控制方法的优点有：一是它的积分作用消除了机器人的微小扰动和稳态误差；二是能任意设置系统的极点，因此能保证闭环系统的稳定性和规定状态变量的暂态响应；三是加入了加速度反馈，抑制了由电枢电感所引起的机械手的振动．最后，给出了ＰＵＭＡ５６２机器人的计算机仿真和实验结果验证了此控制法的有效性．     

单关节跳跃机器人模糊自适应轨迹跟踪控制

研究关节型跳跃机器人轨迹跟踪优化控制问题,针对机器人系统时变、非线性的复杂特性,传统模糊控制和PID控制方法难以获得较好的控制性能,为解决控制系统中超调量大、振荡和控制精度不高等问题,提出传统PID控制与模糊自适应控制结合的控制策略.首先建立单关节跳跃机器人腾空相和站立相动力学方程,依据专家经验制定PID参数整定策略,结合传统PID控制方法和模糊自适应理论设计模糊自适应PID控制器.引入合理的跳跃机器人物理参数和虚拟目标轨迹进行仿真,结果表明,模糊自适应PID控制器具有可行性和有效性,为应用于实际控制系统优化提供了可靠依据.     

直接驱动机器人关节加速度反馈解耦控制

以利用线加速度传感器实际测量转动关节的加速度为基础,分析了机器人关节加速度反馈控制的开环模型,以及影响其闭环稳定性的主要因素;提出了闭环控制策略的设计准则.在一台三自由度直接驱动机器人上的实验结果证明了该文分析的正确性,与不具备加速度反馈控制时的实验结果相比较,显示出这种方法的有效性.     

单足机器人垂直跳跃动态特性研究

单足机器人一个跳跃周期经历触地相和腾空相两种约束状态,针对机器人触地相落地碰撞、缓冲、起跳,腾空相起跳冲击和伺服定位各过程,综合应用动力学、热力学、流体力学、碰撞和控制理论等建立了机器人一个跳跃周期的综合数学模型.在Matlab上建立了机器人一个跳跃周期的联合仿真模型,对影响单足机器人落地碰撞、起跳冲击和跳跃高度的主要因素进行了仿真研究,得出了实现机器人增高跳跃、减高跳跃和等高跳跃时各影响因素的取值范围和较佳值,包括机器人落地时刻气缸下腔气压预设值和活塞相对坐标预设值,起跳过程气缸充排气转换相对坐标等因素影响跳跃高度、落地碰撞和起跳冲击的规律性认识.搭建了单足机器人垂直跳跃实验台,针对各主要影响因素对机器人跳跃过程的影响规律进行了实验研究,实验结果与仿真数据吻合良好.     

仿蛙跳跃机器人起跳任务规划与控制

研究跳跃机器人起跑规划问题,针对仿蛙跳跃机器人在起跳过程中脚掌与地面之间形成的欠驱动约束和特定的起跳任务,为提高系统性能,提出了一种在任务空间内实现给定起跳任务要求的路径运动规划控制.利用部分反馈线性化(PFL)将仿蛙跳跃机器人系统起跳动力学方程中的非线性部分线性化,设计了滑模变结构控制器对仿蛙跳跃机器人在起跳阶段的质心轨迹进行跟踪控制.结果表明滑模控制器能够使质心轨迹精确地跟踪给定轨迹,解决了仿蛙跳跃机器人的起跳任务优化控制问题,验证了提出的任务空间控制方法用于仿蛙跳跃机器人起跳任务规划的可行性.     

Control of an Industrial Robot using Acceleration Feedback

A controller using acceleration feedback has been applied to a flexible robot for which the position and velocity of the load are not measured. It is shown that acceleration feedback allows an exact tracking of the motor position, irrespective of the non-linear flexibilities of the axes and of the measurement disturbances. This easy-to-tune algorithm whose main control parameters are the modal masses of the motor and load part, and only consists of a positive acceleration feedback plus a PD controller, has been validated on an industrial robot with orthogonal axes.     

基于全身力矩控制的双腿轮机器人跳跃方法研究

双腿轮机器人由于内在不稳定性以及强耦合非线性特性, 其运动控制尤其是高动态运动控制非常困难. 为此, 提出基于最优力分配的全身力矩控制框架, 可同时实现双腿轮机器人的自平衡与躯干位姿控制; 为提高双腿轮机器人在高速运动时跨越垂直障碍物的能力, 提出应对垂直障碍的跳跃动作规划方法, 并基于全身力矩控制框架进行控制与实现; 通过分析简化的轮式倒立摆模型, 得到腾空时飞轮转动对俯仰姿态的动力学影响, 实现腾空阶段俯仰姿态的调整. 设置连续跳跃仿真实验与有无飞轮调整的俯仰姿态对比实验, 其仿真结果证明所提方法的有效性与鲁棒性.     

一种基于投影矩阵M的机器人手眼标定线性化方法

提出了一种基于投影矩阵M的机器人手眼标定方法,即将AX=XB转换为MY=M′YB求解形式,避免了矩阵分解. 同时, 采用矩阵直积运算和矩阵特征向量运算相结合的方法,将传统的非线性问题转换成线性问题,构成了可利用最小二乘法求解运算的解析形式,提高了机器人手眼标定的精度和稳定性. 通过实验验证了该方法的可行性．     

基于高斯投影的变电站巡检机器人定位建图技术

保障变电站的安全是电力供应的关键要素,因此变电站的巡检工作是不可或缺的。目前,采用机器人进行自动化巡检是变电站巡检领域的重要趋势。获得变电站的平面地图是实现变电站自动化巡检的关键。目前传统的定位建图方案,如同步定位与建图（Simultaneous Localization and Mapping,SLAM）、离线全球定位系统（Global Positioning System,GPS）定位等,往往存在特征识别困难、建图时间过长或者地图所需存储空间过大等缺点。基于此,提出了一种基于高斯投影的变电站巡检机器人定位建图技术。采集完工作区域内外边界和障碍区域的边界点后,通过高斯投影,将采集到的地理位置坐标转换为平面直角坐标,并通过射线法实现平面栅格地图的建立。再根据已有的栅格地图信息和实时接收的机器人当前位置信息实现定位功能。实验验证了该定位建图技术的可行性,该方法可极大地提升建图速度,减少地图所需的存储空间,建立的地图可用于巡检机器人后续的路径规划和导航。     

基于AVR和STM32的仿生六足机器人控制系统

本文设计了一种以Arduino为开发平台的控制系统,该控制系统以ATmega328P为主机控制芯片,以STM32F103C8T6为从机控制芯片,并通过串口方式实现通信,集两款控制芯片的优势于一体.本文主要介绍了控制系统的硬件组成和软件算法.经过实物试验,仿生六足机器人可以实现姿态自动调整、稳定行走以及自主避障.本研究内容可为相关领域研究工作提供参考与借鉴.     

Adaptive Impedance Control Applied to a Pneumatic Legged Robot

An adaptive impedance control scheme with estimation of robot andenvironment parameters is proposed in this paper. It consists of two stagesof adaptation and control. The first one performs an on-line estimation ofthe robot inertial parameters, during the complete (constrained or not)motion of the leg, while the second one compensates for the uncertainties onthe characteristics of the ground (position and stiffness). Simulationresults obtained for a single leg of a pneumatic driven, quadruped robotshow the effectiveness of the proposed control scheme in case ofconsiderable uncertainty both in the robot and ground parameters.     

基于完整约束的两轮机器人建模及平衡控制

依据完整约束下的拉格朗日方程,推导了同轴两轮移动机器人做平面直线运动时的动力学模型,并在此基础上设计了基于极点配置的状态反馈控制模型和系统数字仿真模型。结合控制模型进行了数字仿真实验研究和物理实验研究,并给出了实验分析结果。研究表明,采用基于极点配置的状态反馈控制方案,能够实现机器人动态平衡控制;机器人在初始偏角绝对值小于0.25 rad时,能够在2 s内恢复平衡,当外部干扰使机器人偏离平衡位置后,机器人能够在3 s内恢复平衡;机器人模型推导合理、有效,数字仿真和物理实验一致性好。     

基于主动防喘的航空发动机加速控制仿真

开展基于主动防喘的航空发动机加速控制仿真研究。在建立航空发动机数学模型的基础上,设计了基本加速率控制、基于主动防喘的加速率控制、基于主动防喘的喘振裕度控制及基于喘振裕度估计的喘振裕度控制等4个发动机加速控制方案。仿真结果表明:①主动防喘控制可以在发动机稳定性恶化的情况下,通过较小的控制输出和性能损失实现无喘加速;②主动防喘控制与直接喘振裕度控制相结合可以简化发动机加速控制器设计,不需要额外的优化过程便能得到较优的加速性能;③主动防喘控制可以降低发动机设计点的喘振裕度,从整体上提高了发动机的性能。     

一种持续规划系统在四足机器人足球中的应用

四足机器人足球赛是一个典型的动态不确定环境。论文以四足机器人足球为背景和平台,对一种新的持续规划系统POMDPRS进行了分析和改进,并将改进后的系统应用到实际的比赛中。改进后的系统减小了时间消耗,与传统的反应式系统相比,对环境的动态不确定性表现出更好的适应性。