四足步行机器人关节位姿和稳定性研究

四足机器人爬行控制的关键是关节位姿的确定、机器人稳定性的判断和摆动腿顺序的选择.提出了一种求解关节位姿驱动变量的有效方法,此方法能获得满意的四足机器人步行步态.通过定义立足点的静态稳定区域提出了一种机器人稳定性分析的新方法,该方法不仅避免了复杂的机器人正动力学求解问题,同时还可给出机器人稳定性和立足点稳定范围的信息.实际爬行实验验证了所提方法的有效性.     

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。     

四足机器人腿部运动空间和足端运动轨迹研究

机器人的单腿的运动空间及足端点运动轨迹决定了所设计的机器人的应用范围。为了研究四足步行机器人摆动腿在一定参数条件下的运动空间大小及足端的运动轨迹,通过对机器人摆动腿正运动学方程,足端点轨迹在y、z轴上对时间的函数进行计算,并将计算结果运用MATLAB软件进行仿真,不仅直观地观测到机器人的运动情况,还得到所需的数据,且以图形的形式显示出来,达到了预期目的。     

万向移动四足机器人位姿描述研究

通过位置矢量对机器人的位置进行了描述,采用旋转矩阵在固定角坐标系和欧拉角坐标系中对机器人的姿态进行了描述。并应用齐次变换矩阵描述了万向移动四足机器人的足尖端位姿。位姿描述能够为机器人下一步的分析打下基础。     

基于正四面体结构的空间四足爬壁机器人

提出了一种基于正四面体结构的四足爬壁机器人。该机器人采用真空吸附方式,其四只爬行足相互独立,围绕机体中心呈空间正四面体中心对称分布。将机器人的爬行足结构分为大腿、小腿、伸长腿以及足部,四部分协调配合工作;通过四只爬行足交替吸附表面与悬浮来完成机器人的运动,可以使该机器人实现平面爬行、越障、立体空间爬行以及壁面作业等功能。     

平面四足步行机器人结构设计

设计了一种平面四足步行机器人原理样机,用以验证一种用于平面复杂地貌的行走方式。该机器人由四个伸缩式步行足组成,末端带有弹性足端,可以在支撑杆的协助下沿着圆形模拟复杂地貌行走。该样机采用四个可以实现两维平面运动的步行足构成,用于验证平面步行的期望落地步行方法。利用DSPACE半平台对机器人足部运动轨迹进行实验,结果表明,该样机的设计完全合理。     

五足爬壁机器人

介绍一种可以爬壁行走,具有原地转向功能的微小型机器人。该机器人的行走部分采用了二一二布局方式的五足步行机构。文中的实例分析了该机器人的工作原理和技术实现。     

四足步行机器人步态规划与稳定性分析

通过对各种步态详细的分析和讨论,得出了稳定行走的最佳步态。为了得到稳定、易于控制的机器人系统,研究和分析了四足机器人的静态稳定性,并给出了系统稳定性的判断方法。     

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。     

桥梁检测机器人作业规划与位姿优化方法研究

针对桥梁底部病害人工检测的作业难题,介绍了桥梁检测机器人的工作原理,结合桥梁的结构化特征和视觉检测拍摄参数约束,研究了桥梁检测机器人作业规划与位姿优化方法。首先,提出一种以最佳拍摄模型约束的桥梁检测机器人拍摄作业位姿规划方法。在最佳拍摄规划方法的基础上,针对小箱梁桥梁和T型梁桥梁底部的褶皱结构,研究了以安全拍摄模型为约束的拍摄位姿优化方法,设计了结合拍摄偏角和拍摄距离的权重函数,推导了优化算法公式并给出了收敛证明。通过对不同拍摄参数的配置,进行了针对空心板桥梁的拍摄作业位姿规划方法仿真;针对小箱梁桥梁的结构,在位姿规划仿真结果基础上进行了位姿优化方法的仿真。最后以研制的桥梁检测机器人为对象,进行了现场测试与验证,仿真和实验结果均表明,该规划和优化方法符合桥梁拍摄检测的要求,具有很好的鲁棒性和实时性。     

基于粒子滤波的壁面爬行机器人位姿跟踪研究

为提高壁面爬行机器人的智能化水平,提出一种利用粒子滤波算法进行机器人位姿跟踪的方法。所述方法在机器人身上安装了发声器,将机器人位姿跟踪问题转换为声源跟踪问题处理。设计了一个声阵列传感器,采用可控波束形成定位技术观测机器人位姿,利用里程计描述机器人的位姿变换动态模型,并最终建立了基于贝叶斯估计的粒子滤波位姿跟踪算法。搭建了实验平台进行现场实验,结果表明该方法可行并有实际应用价值。     

一种新型四足变胞爬行机器人的步态规划研究

随着移动机器人在探测救援中的应用逐渐增多,活动灵巧、环境适应能力强的多足机器人越来越受到国内外学者的关注。介绍一种腰部可以活动的四足机器人的设计及其步态生成,并展示了活动腰部可提升机器人对极端环境的适应性。提出三个基本假设以简化机构模型,提出腰部构态变换规则,并用几何方法说明了腰部构型变化可扩大机器人腿部活动空间,从而提升对复杂环境的适应性。另外,腰部运动与步态融合,生成了两种新的基本步态——扭腰直行步态和原地旋转步态。基于提出的两种步态,对比了固定腰部与可动腰部条件下运动稳定裕度的变化,分别计算了狭窄弯道通过条件,并分析了所设计步态对头部视觉的影响,从而证明所设计机器人具有较高的极端环境适应能力。     

四足机器人在崎岖路面的路径规划研究

对于四足机器人过崎岖路面的问题,利用A*算法,以最低代价为目标函数得到较优备选路径,然后利用1个二阶系统结合4个优化指标,对备选路径进行比较,选择出1条较优路径。仿真实验结果证明了此方法的有效性。     

四足轮腿式移动机器人的步态分析及轨迹规划

针对外星复杂的地表环境,基于2-UPS/(S+SPR)R闭环并联机构,设计了一种四足轮腿式移动机器人.通过对比机器人在运动过程中的稳定裕度与重心调整量得到最优步态,利用ZMP法衡量了机器人在静步态下的稳定性,并用改进的复合摆线法规划了足端的运动轨迹.在整个运动过程中,机械腿运动平稳,速度、加速度变化较为平滑,不会出现对...     

飞机蒙皮检测爬壁机器人结构设计与运动分析

针对传统的飞机蒙皮检测技术效率低、工作周期长、识别率差等问题,提出了一种能够自主完成飞机蒙皮检测工作的螺旋桨推力吸附式爬壁机器人.首先,以爬壁机器人应用背景为基础,进行了机器人的机械结构设计,以履带传动作为其移动机构,设计了相应的履带变形机构,提升其自适应越障性能,并利用螺旋桨提供其反向运行吸附力;其次,分析了其爬坡运...     

四足机器人翻滚运动力学分析及仿真

设计了一种具有分段身体结构的四足机器人,通过合理设置身体各部分的协同运动,该四足机器人能够将身体折叠成圆盘状,能以静步态、对角步态进行四足行走,同时还能实现前向翻滚运动。分析了四足机器人调整重心,实现翻滚过程的力学过程。ADAMS动力学仿真的结果表明,此滚动运动模式运动平稳,具有较高的运动效率。     

Gait Planning for a Quadruped Robot with One Faulty Actuator

Fault tolerance is essential for quadruped robots when they work in remote areas or hazardous environments. Many fault-tolerant gaits planning method proposed in the past decade constrained more degrees of freedom(DOFs) of a robot than necessary. Thus a novel method to realize the fault-tolerant walking is proposed. The mobility of the robot is analyzed first by using the screw theory. The result shows that the translation of the center of body(Co B) can be kept with one faulty actuator if the rotations of the body are controlled. Thus the DOFs of the robot body are divided into two parts: the translation of the Co B and the rotation of the body. The kinematic model of the whole robot is built, the algorithm is developed to actively control the body orientations at the velocity level so that the planned Co B trajectory can be realized in spite of the constraint of the faulty actuator. This gait has a similar generation sequence with the normal gait and can be applied to the robot at any position. Simulations and experiments of the fault-tolerant gait with one faulty actuator are carried out. The Co B errors and the body rotation angles are measured. Comparing to the traditional fault-tolerant gait they can be reduced by at least 50%. A fault-tolerant gait planning algorithm is presented, which not only realizes the walking of a quadruped robot with a faulty actuator, but also efficiently improves the walking performances by taking full advantage of the remaining operational actuators according to the results of the simulations and experiments.