仿蟋蟀微型机器人起跳过程驱动力特性的研究

针对蟋蟀生物体的结构和跳跃运动特点,利用扭转弹簧模拟其腿部关节柔性和肌肉的储能作用,得到了具有关节柔性的仿蟋蟀跳跃机器人的机构模型。应用拉格朗日法建立机构在着地阶段起跳过程中的动力学方程并对驱动力特性进行了仿真分析。结果分析表明:FT关节的驱动力矩大约是BF关节和TT关节的近3倍,因此FT关节的驱动力矩是完成跳跃的决定因素之一;利用柔性机构可降低跳跃运动所需关节驱动力矩和能量的消耗。     

基于ZMP法的仿袋鼠跳跃机器人着地阶段运动稳定性分析

基于仿袋鼠跳跃机器人五刚体机构模型,运用拉格朗日法,建立了跳跃机器人系统着地阶段的动力学方程,采用ZMP法研究了仿袋鼠弹跳机器人的运动稳定性,提出了其着地运动稳定裕度的计算方法和判据;采用Matlab仿真工具,结合实例分析,对机器人着地阶段各关节驱动力矩以及ZMP点的变化情况进行了仿真,并提出了改进刚性模型着地运动稳定性的方法。仿真结果表明:ZMP法在此模型上分析是有效的。     

仿袋鼠跳跃机器人着地阶段的动力特性研究

根据袋鼠的生理结构及运动特征,提出了仿袋鼠跳跃机器人的单腿模型,建立了相应机构在着地阶段的运动学和动力学方程.结合实例,用MATLAB计算了机器人在着地阶段关节力矩和地面作用力随时间变化的规律,并对其进行了分析和讨论.结果表明:踝关节的输入力矩是膝关节的2.5倍,是髋关节的6倍,因此踝关节的驱动力矩是整个机器人完成跳跃的决定因素之一.此动力学研究结果为仿袋鼠跳跃机器人的设计分析及跳跃运动的精确控制提供了理论基础.     

欠驱动三刚体仿袋鼠跳跃机器人落地冲击分析

根据袋鼠的生物结构特性,建立了液压驱动的欠驱动仿袋鼠跳跃机器人三刚体模型.利用拉格朗日方法建立了机器人在着地阶段的动力学方程及主、被动关节动力学耦合方程,利用Maple 15进行符号计算得出耦合因子.结合实例,应用Matlab7.0分别对碰撞力、地面的反作用力、系统动能、及总质心在y方向上的位移变化进行了计算和仿真;并与全驱动的仿袋鼠跳跃机器人刚性模型进行了对比分析.还通过跳跃机器人两种模型的跳跃模拟对比实验,用加速度传感器测得落地冲击时质心加速度曲线.结果表明:弹性元件的引入有效地起到了缓冲的作用,减轻了着地时机器人与地面的振动和冲击,提高了跳跃机器人的落地稳定性,节省了系统损耗的能量.     

液压驱动六足跳跃机器人仿真分析

介绍了一种液压驱动跳跃六足机器人的模型,分别进行了该机器人侧面双腿和正面双腿竖直跳跃运动学分析与动力学分析。采用D-H法,提出了一种液压驱动六足跳跃机器人模型,并建立了其着地和腾空两阶段的运动学分析模型;采用拉格朗日方程分析其动力学,得到了该机器人结构在运动过程中各关节的输出力矩特性。最后基于Adams软件对双腿跳跃六足机构和其质心轨迹进行了仿真,分析了其跃障能力,优化了两种跳跃方式的跳跃倾角,并比较了这两种跳跃方式效率,仿真结果验证了六足机构的运动平稳性,较好的越障能力,侧腿跳效率更优,获得侧面和正面双腿跳跃的最佳倾角,为后续研究工作提供了理论支撑。     

考虑关节非线性刚度的仿袋鼠柔性跳跃机构动力特性分析

根据袋鼠腿部的生物结构及跳跃的特点,建立了考虑关节非线性刚度的仿袋鼠跳跃模型及其着地阶段的运动、动力学方程。结合实例,用Matlab7.1计算和绘出了模型此阶段中各关节转角、关节力矩、地面支承力以及非线性扭簧恢复力矩随时间的变化规律,对比线性关节对其进行了分析和讨论。结果表明:非线性的引入不仅可提高关节的储能能力,有效地降低关节输入力矩,而且还能防止跳跃机构提前起跳,改善跳跃性能,从而有利于增加起跳速度和跃远度,更符合生物的特征。     

三刚体液压欠驱动跳跃机器人研究

根据袋鼠的结构特点,建立了具有欠驱动关节的液动三刚体跳跃机器人模型,关节处加装扭转弹簧,实现了关节的柔性和储能。建立了机构在着地阶段的欠驱动动力学方程,分析了主被动关节间动力学耦合效应。结合实例求得液压缸驱动力变化规律与机器人理论姿态图。建立实体模型,并运用ADAMS进行欠驱动动力学仿真。结果表明:通过动力学耦合来控制欠驱动关节的位置是可能的,与理论姿态图对比结果也验证了所提出方案的可行性及所建模型的正确性。     

考虑拓扑柔性脚趾的仿袋鼠机器人着地特性分析

根据袋鼠的生物结构特性,建立了具有柔性脚趾的仿袋鼠跳跃机器人刚柔混合模型,并对柔性脚趾结构进行拓扑优化。分别采用拉格朗日法和有限元方法对刚性构件系统和柔性脚趾系统建立子系统动力学模型。结合实例,利用MATLAB进行了计算和仿真,结果表明:采用拓扑柔性脚趾可以实现机器人预期运动的同时,有效缓解地面冲击与振动,降低机器人各关节的驱动力矩,实现脚趾落地能量积蓄和起跳释放的功能,提高机器人的起跳能力和运动平稳性。     

仿袋鼠机器人分布式柔性脚的设计与研究

根据袋鼠的生物结构特征,建立了具有柔性脚的仿袋鼠跳跃机器人的刚柔混合模型。利用柔性机构易于实现连续光滑变形及质量轻,易于控制等特性,将其应用于仿生跳跃机器人领域,来实现跳跃机器人在不同跳跃速度下的脚部轮廓变形。文中根据跳跃机器人在不同跳跃速度下的脚部轮廓曲线,以连续体结构拓扑优化为出发点,建立多目标优化函数,采用移动渐近线法,实现脚部的拓扑结构优化。结合实例仿真结果表明:具有柔性变形能力的柔性脚有助于提高机器人在着地过程中的落地稳定性,增大起跳时间和调整起跳角度,并有效地起到缓冲和储能作用。     

液压驱动单腿跳跃机器人柔顺着地分析与控制

为缓解液压驱动足式机器人动态步态行走时着地瞬间足端冲击对机器人系统及其运动控制的影响,提出了一种基于关节运动规划的机器人柔顺着地控制方法。以液压驱动单腿跳跃机器人为研究对象,分析机器人足端着地冲量,通过选择合适的机器人着地姿态和减小机器人着地前足端速度实现机器人柔顺着地,为此在空中相进行余弦速度曲线关节运动轨迹规划,以及着地相进行余弦函数关节运动轨迹规划。将该方法分别应用于基于MATLAB/Simulink软件建立的仿真模型和试验样机进行单腿竖直跳跃控制实验,仿真和试验结果显示采用该方法的机器人跳跃控制消除了足端着地瞬间地面作用力在膝关节液压缸无杆腔形成的液压冲击,实验结果表明提出的基于关节运动规划的机器人柔顺着地控制方法合理可行。