仿生六足机器人的设计与实现

模仿多足昆虫的生理结构,增加轮式驱动,设计了一款仿生六足机器人。基于Arduino控制板、舵机控制模块、蓝牙通信模块及红外检测模块设计了该机器人的控制系统,用于实现机器人的运动模式、步态选择、姿态高低等。这一仿生六足机器人具有操作简单、动作灵活、稳定性高等特点,经试验确认了设计的可行性。     

仿生六足机器人的步态运动控制器设计

通过分析仿生六足机器人典型行走步态,采用多舵机分时控制思想.利用AT89C52单片机和舵机设计出步态运动控制器.该控制器可驱动机器人足部12个舵机协调运动,实现全方位的六足步态.     

基于STM32单片机的四足仿生蜘蛛机器人控制系统设计

以四足机器人为研究对象，针对四足机器人在复杂环境下稳定性较差、越障能力有限的问题，设计了一款新型的仿生蜘蛛。该控制系统设计主要包括硬件设计和软件设计，以STM32单片机为控制核心,通过PCA9685舵机控制板控制整体12个舵机。蜘蛛携带的MPU6050陀螺仪模块将蜘蛛整体的运行姿态实时反馈给中央控制器，由此调整每条腿的角度，实现整体平衡的控制。同时位于蜘蛛前方的HC-SR04超声波模块实时监控前方障碍物的距离，进行避障处理。利用Protues仿真环境分析其各项功能的可行性，并进一步完成实物的设计制作与测试。仿真与实物测试结果表明：该系统能够较好地完成预期功能，实现在非结构地形上的平衡控制、躲避障碍物、运载物资等功能，为提升四足机器人的稳定性提供了较好的解决方案。     

基于齿轮传动的结构仿生螃蟹机器人设计

基于螃蟹的结构特性,运用仿生学原理设计了一款由八只足和两只钳螯组成的仿生螃蟹机器人。控制行走步进电机驱动齿轮曲柄摇杆机构实现螃蟹机器人的横向行走、转向等基本动作,控制升降步进电机驱动齿轮齿条机构实现钳螯的升降,控制摆动舵机实现钳螯的左右摆动,控制抓取舵机驱动两不完全齿轮双摇杆机构实现钳螯的抓取。该仿生螃蟹机器人传动灵活、动力传递效率高、维修方便,有很好的路况适应能力。该机器人在复杂路况下进行搜救与探测等方面,具有较好的应用潜力。本文为极端环境下的多足仿生探测机器人的传动设计提供了借鉴和参考。     

基于单片机的六足机器人多路舵机控制系统设计

分析了仿生多足机器人应用特点及其多关节协调控制的功能需求,设计了基于单片机的六足机器人多路舵机控制系统,硬件控制核心采用STC89C52单片机,关节驱动使用高扭矩舵机,并采用32路舵机控制器用于腿部关节的协调控制。通过试验设计,实现了六足机器人一个步态周期内的直线行走、定点转弯的模拟运动。试验结果表明,该系统控制效果良好,动作平稳,且协调性较高,具有一定的参考价值。     

攀爬除锈机器人的系统研究

为解决船舶手工除锈、机械除锈劳动强度大、效率低的问题,设计了一种攀爬除锈机器人,其主要由四足机构、脚部机构、除锈模块、安全模块、视觉模块、运动控制模块组成。四足机构采用了大扭力舵机,具有12个自由度;脚部机构采用强吸力电磁铁,可以牢牢地吸附在钢铁表面;除锈模块采用360°舵机,效率高,速度块;安全模块采用了安全绳,用来保护机器人;视觉模块采用OpenMV摄像头和与OpenMV配套的WIFI模块;运动控制模块采用ESP32单片机控制,可靠性高。制作了样机,经测试,该机器人接收指令后实现了监测和除锈等功能。     

四足机器人仿生腿结构特性及其控制系统研究

针对四足机器人整机对单个支撑腿的要求,对机械腿结构特性和控制系统展开研究。基于对四足动物腿部生理结构分析,提出具有两个主动关节和一个被动关节的四足机器人仿生腿结构,并完成运动学特性分析。通过分析仿生四足机器人控制系统功能与性能要求,提出具有开放性、模块化和结构紧凑特点的仿生四足机器人控制系统方案,基于DSP设计并实现仿生腿控制系统。实验证明仿生腿结构合理,控制系统稳定可靠且具有良好的扩展性,仿生腿系统可作为下层模块集成到仿生四足机器人系统。     

多足仿生步行机器人的机构设计与功能分析

设计了一种新型的多足仿生步行机器人的机械结构,运用D-H齐次坐标变换矩阵建立其运动学方程,并以最大越障能力为目标函数以连杆长度为约束函数对腿部机构进行优化,得出最佳多足仿生步行机器人的机械结构。基于虚拟样机技术对该多足仿生步行机器人进行爬坡能力、通过复杂路面能力、转弯步态规划等功能分析。仿真结果表明该多足仿生步行机器人机构具有自由度少、控制简单、运动灵活、爬坡能力良好、地形适应性强、转弯稳定性好等特点。     

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。     

四足仿生机器人的循迹算法研究

为解决四足仿生机器人循迹问题,以Java语言中的Eclipse软件为编译环境,设计了改进的PID(proportion-integration-differentiation)循迹算法。与传统PID算法相比较,在对图像进行二值化处理的基础上,叠加了对机器人获取视野的首行末行、首列末列的双重检测,从而完善了对道路信息图像的识别与处理技术,使四足仿生机器人沿着既定轨迹精确前进。最后采用控制变量法进行多次实验,结果证明提出的算法是有效的,增强了机器人循迹的稳定性与鲁棒性。     

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。     

新型八足步行仿生机器人的研制

设计了一种新型的八足步行仿生机器人的机械结构,并建立腿部运动学方程。基于虚拟样机技术对该仿生机器人进行了腿部机构优化设计以及机器人爬坡能力、通过非平整路面能力、转弯步态规划等功能仿真分析。仿真结果表明,该仿生机器人机构具有控制简单、运动灵活、爬坡能力良好、转弯半径小等特点。最后研制出了该机器人小型实物样机,通过实物样机测试验证了其诸多优良性能。     

四足爬行机器人对角启动步态控制系统设计

结合目前仿生爬壁机器人步态控制存在的不足,提出了一种基于四足对角启动的爬行机器人的控制方法和完整的控制系统,并在实验环境下得以实现。该控制系统以C8051F021为核心控制器,结合一种均匀量变输出的设计方法,驱动舵机以实现机器人爬行。用MATLAB软件进行建模仿真,在实验环境下验证该方法的可行性和有效性。     

多足机器人的设计与仿真分析

运动的平稳性和爬坡能力是多足机器人的重要性能指标,利用虚拟样机技术做运动学仿真分析来验证该装置的合理性,并对其做步态规划和运动学分析。基于仿真模型,分别对多足仿生机器人的行走能力、爬坡能力和越障能力进行仿真分析。通过对仿真结果的分析得出该多足仿生机器人具有跨距大、幅度高和速度波动小等特点,具备25°以下的爬坡能力和良好的地形适应性。从而验证了此种多足仿生机器人设计的合理性和可靠性。     

一种仿生螳螂救援机器人设计

针对地震等灾害发生时，废墟里被困人员需要救援物资维持生命体征的问题，设计了一种仿生螳螂救援机器人。基于六足机器人姿态控制理论，通过SolidWork三维软件对机器人整体进行了结构设计。使用Arduino Uno主控板控制总线舵机与电机模块来控制机器人步态，头部图将画面传输给使用者。制作了模型实物，试验测试结果表明：此机器人平地爬行1 m所需平均时间需要5.64 s，能越过高度5 cm的障碍，最大爬坡角度约为26°。机器人具备了较强的越障能力，能在较为复杂的路面行走，以及运输救援物资，为足型救援机器人的研究和结构设计提供参考。     

多自由度仿生机器人的设计分析与实验

基于现有仿生四足机器人仿形度不高的问题，设计了一种外形结构和运动机理与仿生对象高度相似，且具备多自由度腿足和躯干的仿生四足机器人。通过对仿生对象的分析和研究，得到了机器人的自由度、结构模块、外形尺寸等参数，并基于这些参数进行头部、躯干、尾部、四足等模块的结构设计。对设计的机器人进行受力分析，确定机器人整体和四足结构设计的合理性。将设计的机器人加工制作并集成样机系统，开展样机的运动测试实验，验证了机器人设计的正确性。     

基于ARM的四足机器人分层控制系统

为了实现对具有步行、滑行复合运动的四足机器人的良好控制,实现该机器人的模块化和功能的扩展性,采用了分层控制体系架构来实现机器人的控制。使用单片机来实现舵机的实时驱动控制,使用ARM9实现传感器的采集和信息的处理．在PC机上利用VC＋＋实现图形界面的设计。     

一种四足马机器人的结构模型及其步行控制

参照马的生理结构,对四足马机器人的一种结构及其步行控制方法进行了研究。为验证该方法的有效性,首先,根据仿生原理设计出具有12个运动关节和4个球形脚部的四足马机器人结构模型,并求出了其运动学反解;其次,基于提出的结构模型,设计并实现了四足马机器人行走步态和对角小跑步态,并对步行稳定性进行了分析。步行实验表明,所提出的四足马机器人仿生结构及两种步态的实现方法具有可行性。     

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。     

授花粉竞赛机器人设计

设计了一种面向中国机器人大赛的授花粉竞赛机器人。针对机器人授花粉的竞赛要求,设计了授花粉机器人的机械系统;以STM32为控制核心,构建授花粉机器人电气控制系统,包括步进电机驱动器、舵机驱动器、循迹模块、视觉及图像处理模块。采用OpenMV视觉模块完成雌雄花识别和花蕊精准定位,结合舵机驱动机械臂,设计了手眼协调算法,实现了授花粉动作;采用小型四轴无人机作为风媒授粉区域的授粉平台,利用无人机单目视觉实现了目标引导点的识别,实现雌雄同体作物的风媒模拟授粉。将上述技术整合后,实现了授花粉机器人竞赛所需功能,并参赛验证了设计的有效性。