四足机器人典型步态仿真

四足机器人相对于双足机器人在稳定性和承载能力上要好,而相对于六足和八足步行机器人在结构和控制上比较简单,因此四足步行机器人已经成为移动机器人领域研究的热点之一.文中运用SolidWorks、ADAMS和Mtalab/Simulink建立机器人仿真模型,并在仿真系统中对机器人进行平面直线行走步态的仿真研究,并对质心速度均匀和非均匀情况下的机器人运行效率、足尖地面碰撞力、单腿髋关节力进行了仿真与分析.经仿真验证:相对于质心速度非均匀步态,质心速度均匀的步态在机器人运行稳定性和运行效率方面均得到很大的提高,而对足尖碰撞力和单腿髋关节力影响较小.     

基于遗传算法的四足机器人直行步态优化

针对JQRI00型四足机器人直行步态存在的行走步距小、稳定性差的问题,对机器人的数学模型、直行步态的行走规律进行了分析和研究,提出了一种基于遗传算法的优化方法.利用遗传算法能在较短的时间内搜索到全局最优解的特点,找到了四足机器人的最佳初始位置、最大步距以及更大的稳定裕量.应用ADAMS仿真软件对所优化步态进行了仿真,分析了步态的运动学、动力学特征,验证了算法的有效性,并与由经验值法得到的直行步态进行了分析比较.研究结果表明,所优化的步态可行,显著提高了四足机器人的步行效率,实现了机器人的稳定快速行走.     

四足机器人 Trot 步态偏航分析及其控制

为了解决四足机器人在对角小跑步态中存在的绕对角线翻转而导致在直线行走时出现偏航问题,在理论分析偏航现象的基础上提出一种姿态控制方法。首先建立四足机器人整体运动模型,通过数值分析和计算,得到偏航产生的根本原因:一是机体由于重力影响,会产生绕支撑对角线的翻转力矩;二是处于支撑相时,髋关节产生的反作用力矩,导致步态时序会提前或延后,引起绕机体对角线翻转。然后在此基础上,建立姿态控制模型,通过传感器测得偏航值,反方向补偿其偏航。最后进行动力学仿真实验,发现机器人在不加姿态控制的情况下,出现较大偏航值,而在应用姿态控制之后,偏航值得到了明显改善,仿真实验对比证明了该姿态控制方法有效地解决偏航问题。     

四足机器人Trot步态简化模型控制方法

基于负载弹簧倒立摆模型(SLIP模型),建立了四足机器人Trot(对角小跑)步态平面模型。针对复杂的四足机器人系统,通过对四足机器人动力学模型、动力学特性的分析,基于控制目标分解思想及PID控制策略,对系统的前进速度、弹跳高度及俯仰角,分别设计了有效的控制方法,即三分控制法。此外,对三分控制法的控制参数配置规律进行了充分的研究,给出了控制参数配置策略。     

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。     

基于虚拟样机技术的四足机器人步态规划与仿真

建立四足机器人质心与各关节角的关系,利用虚拟样机技术,通过质心轨迹来控制四足机器人的运动。首先,建立四足机器人质心与各关节角的运动学方程;然后,规划四足机器人的质心轨迹;最后,应用ADAMS建立虚拟样机模型,结合MATLAB对预定的质心轨迹进行联合仿真。通过对仿真结果中的机体位移、速度、关节转矩的响应曲线进行分析,并结合静力学仿真结果,对四足机器人的机构设计提出合理的简化方案。     

基于TD3的四足机器人关节失效容错性步态规划方法研究

四足机器人关节出现失效故障后,故障关节所在腿无法为四足机器人提供支撑作用,导致机器人丧失运动能力。针对此问题,提出了一种基于双延迟-确定策略梯度算法（Twin Delayed Deep Deterministic policy gradient,TD3）的关节失效容错性步态规划方法,通过正常腿部的调整使机器人恢复一定的运动能力。该方法建立由评价网络和策略网络组成的强化学习架构,设定关节失效容错性步态强化学习奖励函数,通过机器人与环境交换获得的奖励值更新运动参数,从而使出现关节失效故障的四足机器人实现具有一定稳定运动能力的适应性容错性步态。在MATLAB Simulink模块中搭建仿真模型,观测机器人在关节失效情况下的仿真运动过程中,机体质心、姿态角以及关节角速度的变化情况,并基于仿真获得的机器人关节角速度、机身质心位移与现有采用静态状态容错性步态控制得到的数据对比分析。在Spiderbot四足机器人上进行样机试验,与仿真实验结果进行对比分析。仿真和样机试验结果表明,所提方法能够有效地实现关节失效情况下的容错性步态,并使四足机器人质心在X和Y轴方向实际位移仿真轨迹偏差小于8 mm。     

四足机器人运动学分析及步态研究

在对典型哺乳动物机体结构分析基础上,提出一种液压驱动四足机器人的简化结构,完成机器人腿部结构的设计,并对腿部机构进行正逆运动学求解,研究不同负载因子下的直行起步调整到稳定行走步态并计算稳定裕度。结果表明:两种步态均能实现稳定的起步和周期行走,其中非连续调整步态的平均稳定裕度较大。     

四足步行机器人稳定性及步态研究

介绍四足步行机器人行走时的静态稳定性,就步行过程中重心偏移量对稳定性产生的影响进行研究,进一步完善静态稳定性的计算方法,并在此基础上对原有机器人的步态生成方法作一定程度的改进。     

基于ADAMS的液压驱动四足机器人步态规划与仿真

为实现机器人的高负载、不平地面的高适应性运动要求,设计了一种液压驱动的四足机器人。分析了四足机器人的机械结构,机器人腿结构具有运动关节少、运动空间范围大特点,利用ADAMS规划设计了四足运动步态,并在ADAMS中进行动力学仿真。仿真分析了对角步态下机器人质心位移、液压缸驱动力以及与地面的接触力等参数,获得了液压缸工作流量、功率参数。仿真结果验证了机器人结构设计、步态规划的可行性,为液压缸、发动机选型提供了参考依据。     

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。     

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。     

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...     

基于CPG的四足机器人全方位行走控制研究

针对四足机器人全方位运动控制问题,设计了中枢模式发生器(CPG)运动控制模型。利用正弦函数构建CPG的振荡网络模型,实现了四足机器人稳定的节律直线行走、斜线和转弯行走。通过ADAMS仿真和实验,验证CPG全方位运动控制模型的可行性。     

三肢体机器人行走步态规划研究

针对一种新型采用三腿机构形式的永磁吸附肢体机器人,其所具有的蠕动、翻转以及交叉三种行走步态可分别用于不同的工作场景。对机器人的三种运动步态进行了运动规划研究,为了降低机器人行走步态规划的复杂性,采用"合二为一"的策略,将机器人动作一致的两侧肢体作为一个肢体来规划,得到了具体的机器人运动规划算法。在此基础上,采用MATLAB软件进行了机器人行走步态运动仿真,仿真结果表明,机器人在采用三种步态行走时,各运动关节具有很好的运动连续性和平稳性,为后续运动控制系统的设计奠定了基础。     

四足机器人单腿系统及其跳跃柔顺控制的研究

为了解决四足机器人运动过程中的着地冲击力问题,设计了 一种基于力的阻抗控制的柔顺控制方法.以四足机器人单腿系统的结构为基础,对其进行运动学分析,进一步求解其速度雅克比矩阵和力雅克比矩阵.将单腿系统简化为"质量-弹簧-阻尼"模型,分析研究单腿系统的跳跃运动特性并规划质心运动轨迹.基于阻抗控制的思想,设计了基于力阻抗控制方...     

四足、八足步行仿生机器人基本步态及时序研究

从步态和步态时序两方面对四足和八足仿生机器人能够采用的基本步态进行了研究，根据步行足的有荷系数分别对四足和八足步态进行了分类，并比较不同步态下的速度及稳定性，为步行机器人的合理驱动和控制提供了理论依据。     

复杂环境下作业四足式机器人外形结构设计研究

复杂环境下机器人的外形结构对保护其核心控制系统非常关键,为此提出一种新的外形结构设计理念及方法,包括基于可调配重系统的结构创新设计使机器人在运行中保持主动机械平衡、模拟极限环境长时间水浸试验选择最优材料、基于3dsMAX的仿生建模,提出建立在产品美学要求基础上的计算机仿真、评价、修改体系。通过该原型机实际制造结果说明设计理念及方法可为同类型机器人相关研究提供参考。