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.     

六足机器人的运动仿真研究

介绍了六足机器人直行的步态和轨迹规划方案,使用MATLAB软件建立机器人的逆运动学运算模型,得到机器人各驱动关节的变化曲线。基于ADAMS对六足机器人建立虚拟样机并进行仿真分析,验证了机器人模型、步态和轨迹规划方法的合理性。     

蜘蛛机器人的结构设计与运动步态仿真分析

依据多足昆虫的身体结构和运动特性,设计出蜘蛛机器人的本体结构。遵循结构仿生和功能仿生原则,基于虚拟样机技术,应用SolidWorks软件建立蜘蛛机器人的仿真模型,并结合ADAMS对蜘蛛机器人的直线行走步态和定点转弯步态进行联合仿真,得出其运动步态控制舵机的运动角度,进而验证结构设计的合理性和运动步态的稳定性。所做研究为蜘蛛机器人的实物制作提供了理论基础。     

基于虚拟样机技术的六足仿生机器人设计与仿真

运用仿生学原理,在六足昆虫三角步态行走模式的基础上提出一种新的行走模式——四角步态模式,利用虚拟样机技术,构建出六足仿生机器人虚拟样机,并实现了六足仿生机器人的运动仿真。     

四足爬行机器人步态分析与运动控制

为了实现液压作动的四足步行机器人的稳定行走,根据运动稳定裕量原则规划四足机器人的直行步态,保证三足支撑机体时稳定裕量为100 mm;针对液压缸运动加速度突变导致机体冲击振动的问题,提出了利用S型曲线作为各自由度的运动位移控制规律的方法。按照JQRI00型四足步行机器人原理样机的结构建立了虚拟样机模型,应用仿真软件对所设计步态进行了仿真,分析了步态的运动学、动力学特征和位移控制方法的运动特征;在四足步行机器人原理样机上进行了试验,并将试验与仿真结果进行了比较。研究结果表明,所设计的机器人步态可行,保证了机器人具有较好的行走稳定性;将S型曲线用于位移控制,消除了液压缸运动加速度的突变,进一步提高了机体运行的平稳性。     

六足仿生机器人的设计与制作

基于仿生学原理,设计与制作了一款六足仿生机器人。利用UG NX10.0软件建立虚拟样机,实现机构的运动仿真,给出分析的步骤和方法,得到六足仿生机器人的运动轨迹和运动规律。利用3D打印技术制作了实物样机,并对该样机进行了实验,实验结果表明该机器人具有较好的机动性。     

四足机器人侧摆型trot步态的运动学分析及仿真研究

针对四足机器人在复杂环境中难以保持稳定行走姿态的问题,在四足机器人trot步态的基础上,改进设计了一种侧摆型trot步态,通过四足机器人侧摆肩关节处电机对四足机器人的步态进行规律调整,使四足机器人在行走过程中更易保持稳定姿态。首先对侧摆型trot步态进行步态规划,分析侧摆型trot步态的稳定性;然后根据D-H参数法建立四足机器人单腿运动学模型并进行运动学分析求解;最后在MATLAB/Simulink软件中建立四足机器人动态仿真模型,以复合摆线运动轨迹为例,对侧摆型trot步态进行运动特性仿真分析。结果表明,基于复合摆线的侧摆型trot步态运动轨迹曲线连续平滑,四足机器人运动平稳。通过侧摆型trot步态仿真分析,验证了所研究侧摆型trot步态的稳定性和合理性,可以为搭建实验样机控制系统提供理论依据。     

基于ADAMS的四足仿生机器人单腿结构设计

利用ADAMS软件虚拟样机技术,设计了液压驱动的四足仿生机器人单腿机械结构。通过分析四足哺乳类动物身体结构及运动特性,设计了仿生机器人的机械机构,确定了机器人腿部自由度配置,建立了仿真模型。根据动物的实际运动步态,规划并设计了静步态及对角小跑两种步态,进行了逆动力学仿真,得到关节等关键部位输出数据。在仿真实验的基础上,设计了液压作动器的关键参数及四足仿生机器人单腿机械结构。     

六足机器人爬楼步态的力学仿真分析

为提高六足机器人对楼梯障碍物的适应能力,设计一种半圆形腿式的六足机器人。根据机器人的结构特点,规划了六足机器人爬楼梯中的四足步态。基于机器人柔性体半圆形腿的结构特点,采用ANSYS软件和ADAMS软件对其进行了联合仿真,建立半圆形腿的柔性体模型,对其进行运动仿真并进行了应力应变和模态分析。仿真结果表明:六足机器人结构设计合理,验证了柔性体半圆形腿选材和电机选型的正确性,为进一步进行机器人系统结构与误差的分析奠定了基础。     

基于带反馈Hopf振荡器的六足机器人斜坡步态发生器设计

为了提高六足机器人斜坡运动的稳定性,基于三支撑足步态,分析六足机器人的斜坡运动,得到斜坡运动静态稳定裕度与躯体俯仰角的定性关系;研究带反馈Hopf振荡器的输出特性与收敛系数、反馈量之间的关系,并设计基于带反馈Hopf振荡器的单腿三关节信号和斜坡步态发生器模型;确定收敛系数的组合,并引入躯体俯仰角构造反馈信号,实现在只改变膝关节摆角而不影响步态其他特性的情况下提高六足机器人斜坡运动的稳定性;搭建Matlab-ADAMS联合仿真平台与实物样机进行验证。仿真表明：与Hopf模型相比,基于带反馈Hopf模型六足机器人上12°斜坡稳定裕度提高6.3%,下12°斜坡稳定裕度提高7.2%;试验表明：在12°斜坡上前进1 m时,基于Hopf模型的六足机器人向左偏移0.3 m,基于带反馈Hopf模型的六足机器人向左偏移0.05 m,稳定裕度显著提高。     

Static Force Analysis of Foot of Electrically Driven Heavy-Duty Six-Legged Robot under Tripod Gait

The electrically driven six-legged robot with high carrying capacity is an indispensable equipment for planetary exploration, but it hinders its practicability because of its low efficiency of carrying energy. Meanwhile, its load capacity also affects its application range. To reduce the power consumption, increase the load to mass ratio, and improve the stability of robot, the relationship between the walking modes and the forces of feet under the tripod gait are researched for an electrically driven heavy-duty six-legged robot. Based on the configuration characteristics of electrically driven heavy-duty six-legged, the typical walking modes of robot are analyzed. The mathematical models of the normal forces of feet are respectively established under the tripod gait of typical walking modes. According to the MATLAB software, the variable tendency charts are respectively gained for the normal forces of feet. The walking experiments under the typical tripod gaits are implemented for the prototype of electrically driven heavy-duty six-legged robot. The variable tendencies of maximum normal forces of feet are acquired. The comparison results show that the theoretical and experimental data are in the same trend. The walking modes which are most available to realize the average force of distribution of each foot are confirmed. The proposed method of analyzing the relationship between the walking modes and the forces of feet can quickly determine the optimal walking mode and gait parameters under the average distribution of foot force, which is propitious to develop the excellent heavy-duty multi-legged robots with the lower power consumption, larger load to mass ratio, and higher stability.     

一种简易足式移动机器人

描述了一种结构简单的双三角足式移动机器人，分析了该机构的行走步态及控制原理。该机构模仿六足昆虫的行走步态，具有三个自由度，分别由三个直流电机控制。电位器可实现单片机对直流电机的闭环控制，反射式光电传感器和行程开关使得六足机构自身具有一定的反应能力。对样机进行了实验，实验结果表明该机构机动性好，运动平稳。     

Method for analyzing articulated torques of heavy-duty six-legged robot

The accuracy of an articulated torque analysis influences the comprehensive performances of heavy-duty multi-legged robots. Currently, the extremal estimation method and some complex methods are employed to calculate the articulated torques, which results in a large safety margin or a large number of calculations. To quickly obtain accurate articulated torques, an analysis method for the articulated torque is presented for an electrically driven heavy-duty six-legged robot. First, the rearmost leg that experiences the maximum normal contact force is confirmed when the robot transits a slope. Based on the ant-type and crab-type tripod gaits, the formulas of classical mechanics and MATLAB software are employed to theoretically analyze the relevant static torques of the joints. With the changes in the joint angles for the abductor joint, hip joint, and knee joint, variable tendency charts and extreme curves are obtained for the static articulated torques. Meanwhile, the maximum static articulated torques and the corresponding poses of the robot are also obtained. According to the poses of the robot under the maximum static articulated torques, ADAMS software is used to carry out a static simulation analysis. Based on the relevant simulation curves of the articulated torques, the maximum static articulated torques are acquired. A comparative analysis of the maximum static articulated torques shows that the theoretical calculation values are higher than the static simulation values, and the maximum error value is approximately 10%. The proposed method lays a foundation for quickly determining accurate articulated torques to develop heavy-duty six-legged robots.     

电驱动重载六足机器人关节转速分析方法

为合理匹配电驱动重载六足机器人关节的驱动装置和传动装置,提出一种快速、精确获得关节转速的方法。基于某一关节转动以实现机器人最大步行速度指标,建立该关节转角与机器人最大步行速度指标的数学关系式,研究螃蟹型三角步态下的髋关节和膝关节在最小摆角和最大摆角时的相应输出转速以及蚂蚁型三角步态下的跟关节输出转速,并获得跟关节转角和转速随髋、膝关节夹角的变化趋势。根据ADAMS软件和研制的机器人单腿与样机,进行关节转速的仿真验证和试验分析,分别获得机器人承载平台重心的速度曲线和关节伺服电动机脉冲数曲线。仿真和试验结果表明,机器人关节转速分析方法具有合理性和有效性,能够可靠地应用于重载多足机器人的研制。     

六足仿生机器人运动控制系统的设计

以目前存各种领域得到广泛应用的机器人为研究对象,通过实践中对六足昆虫的观察,得出三角步态的稳定性分析,构建出六足机器人的基本运动模型.用Atmel系列单片机作为控制器,采用模块化递阶控制技术融合传感器技术完成对六足仿生机器人的运动控制策略的设计和试验.试验结果表明该机器人具有良好的稳定性和机动性.     

一种双足机器人步态规划和运动仿真的研究

通过对人类行走步态的研究,结合双足机器人实际结构,规划机器人行走时的基本姿态及重心轨迹,建立运动学模型,根据规划的行走姿态及轨迹建立运动学方程。应用三维建模软件UG建立双足机器人的简化模型,导入仿真软件ADAMS中生成虚拟样机模型,并通过在Matlab中得到机器人行走的关节运动轨迹对虚拟样机模型进行控制,经仿真后,利用该虚拟样机模型对机器人行走步态进行运动学及动力学分析。应用虚拟样机方法,验证了步态规划的有效性。     

下肢康复训练机器人步态运动机构设计

借助于Pro／E软件建立了下肢康复训练机器人步态运动机构的参数化运动学模型，基于对不同参数简化模型的分析，设计了一种步态运动机构，对设计结果进行了运动学仿真，仿真结果表明该机构能够较好地模拟人的实际步态运动，符合下肢康复系统的整体要求。同时得出了实现理想步态运动所需的驱动电机等效速度参数，为进一步的机构控制系统设计提供了必要依据。     

双足机器人步态规划与运动学仿真研究

针对双足机器人数学描述复杂、机器人运动学分析较为困难的问题,建立了机器人的运动学模型,提出了一种基于ZMP判据的两步步态规划方法,对机器人的前向运动进行了步态规划,采用工程上广泛应用的三次样条插值的方法得到机器人关节的运动轨迹.利用Matlab软件中的Sim Mechanics工具箱建立机器人仿真模型,仿真结果验证了步态规划的可行性,为机器人样机的研制提供理论依据.     

Tripod gait-based turning gait of a six-legged walking robot

The turning gait planning and improvement methods of a six-legged walking robot on the basis of tripod gait are presented in this study. A projection method that considers an unstructured environment is proposed for the turning gait planning of the six-legged walking robot. The body and foot motion trajectories of the swing legs are planned with polynomial curves to keep the robot steady while walking. Two basic turning gaits, namely, circling and spinning gaits, are successfully designed with the planning method. An optimized method is proposed to improve the turning angle, which is subjected to stability, kinematics, and relief amplitude constraints in the unstructured environment. The turning ability of the turning gait is improved with the optimized turning angle. The circling and spinning gaits are implemented in simulations and experiments. Results demonstrate that the planning and improvement methods for the turning gait are valid and correct.