四足机器人运动分析及控制算法研究

为实现一种液压驱动的四足机器人稳定行走,针对JQRI00四足机器人进行了步态规划,并推导出其运动控制算法。根据前期对四足机器人的结构设计,建立其运动学模型,得到各关节运动的逆运动学分析。根据JQRI00的驱动特点,对其运动控制算法进行研究。并利用ADAMS对机器人进行仿真。仿真及控制系统实验的结果准确合理,表明所研究的步态规划正确可行,控制算法实时有效,为机器人后期的复杂动作控制提供参考。     

四足仿生机器人关节运动控制器的设计与实现

针对四足仿生机器人分层、分布式控制系统，研制了由嵌入CAN控制器的单片机AT89C51CC01、电机运动控制芯片LM629和电机驱动芯片LMD18245组成的关节运动控制器，详细介绍了其总体方案设计、硬件设计和软件设计，实现了对四足仿生机器人实时、精确的控制。     

六足步行机器人腿机构绳传动系统设计与仿真

针对典型步行机器人腿机构绳传动系统的缺点,设计了一种简单、小巧、实用的新型绳传动系统,并将其应用到六足步行机器人腿机构上,由此完成了六足绳传动步行机器人整机的设计.运用ADAMS软件建立了虚拟样机,并选择典型的三角步态进行整机运动仿真,仿真结果表明所设计的步行机器人虚拟样机可按给定步态进行直线行走和转弯.在此基础上,制作了真实样机.经测试,机器人行走时机体稳定,且速度较快.为进一步研究六足绳传动步行机器人奠定了基础.     

基于复杂地形的四足机器人路径规划算法研究

针对四足机器人在复杂环境中摆动腿路径点规划不准确的问题,提出一种基于摆动腿路径规划的样条优化算法。该算法运用零力矩点（ZMP）稳定性准则,在对机器人COG轨迹进行规划的基础上,对机器人摆动腿足端轨迹路径点进行优化计算,并利用ADAMS建立其仿真模型用于计算机仿真。结果表明：该算法不仅能保证四足机器人安全避障,且能实现在复杂地形条件下平稳行走,验证了该算法的准确性和鲁棒性。     

四足机器人跳跃步态主动柔顺控制研究

为减弱四足机器人跳跃步态起跳与落地时所受到的地面冲击力影响,研究四足机器人跳跃步态主动柔顺控制方法。采用三次多项式拟合五连杆同轴四足机器人跳跃步态机体质心轨迹曲线,通过不同轨迹曲线函数描述跳跃过程中起跳、腾空、缓冲、恢复4个阶段;引入PD控制器修正机体质心落地相轨迹曲线,优化四足机器人落地时收腿缓冲、恢复站立等位移响应曲线;利用Webots仿真平台与试验样机开展大量重复跳跃试验。结果表明：所设计的方法对四足机器人的平稳跳跃有较好的改善效果,能有效提高机器人的运动稳定性。     

采用逆神经网络模型的移动机器人速度控制回路研究

针对移动机器人运动轨迹容易受到不确定外界因素干扰的问题,采用逆神经网络模型设计移动机器人控制系统。分别采用逆神经网络控制器和传统PI控制器模型对两轮差动移动机器人运动速度和角速度进行跟踪控制。传统PI控制器模型使用了近似于线性的等效负载驱动器,而逆神经网络控制器使用前馈多层感知神经网络模型,该模型结合了其运动学和动力学的数学模型,在特定工作区域内,对逆神经网络模型进行离散训练。在平面内,对移动机器人的速度跟踪控制进行仿真。结果表明:采用PI控制器模型,移动机器人车轮运动速度和角速度与理论值存在较大误差,而采用逆神经网络模型时误差较小。采用逆神经网络模型设计移动机器人速度控制回路,可以提高移动机器人运动性能,更好地适应外界环境的变化。     

水下仿生机器人设计与实现

为解决大型舰船水下部分检修的难题,设计一台水下仿生机器人。利用SolidWorks软件建立仿生机器人的3D机械模型,设计其控制系统,并分析它在水下工作的力学特性。仿生机器人工作时,利用超声波、陀螺仪等传感器将检测到的水下环境参数转换为电信号,并实时将电信号发送到STM32控制器中;通过STM32控制器根据预设的算法对各种信号进行处理;通过STM32控制器发送命令,控制推进器、摄像头等执行元件,从而实现仿生机器人的自动运行。该仿生机器人运行稳定、反应灵敏,没有发生漏水和无法控制的情况,达到预期目标。     

基于PID迭代学习控制的码垛机器人研究

以平行四杆件的码垛机器人为研究对象,运用机器人动力学中的拉格朗日功能平衡法建立码垛机器人的动力学模型。在经典PID控制的基础上,运用迭代学习控制(ILC)对系统未知参数和干扰进行补偿,实现机器人系统各关节对期望运行轨迹的跟踪控制。通过对控制系统的分析和仿真可得,在机器人系统稳定工作的前提下,将迭代学习率设置为0.75,经过10次迭代学习之后,系统的误差绝对值最大值与期望轨迹的比值能够控制在10%以下。实验结果表明,码垛机器人的PID迭代学习轨迹跟踪控制可以获得较高的跟踪精度。     

基于布谷鸟算法的工业机器人轨迹跟踪控制

研究SCARA工业机器人在关节空间内的轨迹跟踪控制问题。实际应用中,系统的未建模特性、关节摩擦间隙和未知负载等因素将引起机器人动力学性能的变化,从而影响其轨迹跟踪控制;并且外界扰动也会增加机器人轨迹跟踪控制的难度。针对上述问题,提出一种基于布谷鸟算法优化的快速连续非奇异终端滑模控制策略。该方法利用布谷鸟算法寻优机制规划机器人的参考轨迹;控制策略在李亚普诺夫稳定性理论的支撑下,采用连续非奇异终端滑模面来补偿与抑制系统的不确定性与外界扰动,引入快速终端滑模趋近律来加快系统的响应速度,并结合Anti-Windup技术来补偿系统中死区等其他非线性因素。通过李亚普诺夫稳定性理论,证明机器人系统的轨迹跟踪误差全局稳定。最后,通过轨迹跟踪试验验证了此方法的有效性。     

基于移动焊接机器人动力学的焊缝轨迹跟踪控制

焊缝跟踪的高精度要求使得跟踪系统动力学问题愈加突出.建立了移动焊接机器人具有非完整力学系统形式的动力学模型,并设计了基于移动焊接机器人动力学和十字滑块协调控制的滑模变结构控制器,考虑了焊接机器人的惯性、电机动力学、工件表面不平度等因素对跟踪精度的影响.理论分析和系统仿真证明了动力学模型和滑模变结构控制算法在焊缝轨迹跟踪中的正确性和有效性.为智能控制方法在移动焊接机器人中离线编程、仿真和动态控制奠定了重要基础.     

四足机器人容错性步态规划方法研究

四足机器人的运动具有较强的耦合性,任何一个关节出现故障都可能使机器人运动紊乱,从而导致严重的后果。为解决此问题,提出一种适用于关节锁定故障的容错性步态规划方法。通过四足机器人的浮动机体运动学模型,在锁定关节处建立冗余度方程;利用增广雅可比矩阵完成含有优化函数的冗余度方程求解,从而实现容错性步态规划。通过仿真分析和样机试验对所提方法的可行性和有效性进行了验证。结果表明,与现有方法相比,容错性步态规划方法能够有效地提高容错性步态的效率。     

液压四足机器人油源流量自适应控制研究

在保证机器人正常运行的前提下,为了控制方便,通常液压四足机器人的油源采用恒压恒流的供能方式,这将会导致机器人驱动功率远低于油源提供的功率,造成了严重的能源浪费。为了减小能量损失,提出变流量动态供油策略。介绍油源的变流量控制基本原理,通过负载预测得到各个液压缸速度大小,再结合阀控缸的数学模型推算出单腿在运动过程中实时供油流量需求,并建立仿真模型与机器人样机实验验证流量自适应控制的有效性。实验结果表明：利用油源流量自适应控制策略,液压四足机器人的节能效率相比恒流量供能系统提高了56.51%。     

热-机械载荷下U形对焊接头的安定性

结合非线性叠加法和通用有限元软件ABAQUS研究了内压和温度载荷下U形对焊接头的安定性,探讨了焊缝几何尺寸及焊接材料对压力管道安定性的影响.结果表明,当焊接材料的弹性模量、线膨胀系数和屈服应力与母材相差很大时,在焊接处产生较大的局部应力,可显著影响结构的安定性,而焊接坡口尺寸对安定域影响很小;建立了一种适于工程安定性评估的简化图解法.     

Sliding mode control for mobile welding robot

0IntroductionSliding mode control is an intelligence control methodto realize the linear and the nonlinear system. As an ap-proach for robust control, sliding mode control has beenapplied to the trajectory control of robot manipulators[1 -2],and is recently receiving increasing attention from resear-ches on control of nonholonomic systems with uncertain-ties. The advantages of using sliding mode control includefast response, good transient performance and robustnesswith regard to parameter var…     

球型机器人自平衡运动控制算法设计与研究

球型机器人具有结构简单、适应性好等优点。为了提高球型机器人运动稳定性,提出利用LQR并结合PID对球型机器人的自平衡运动进行控制。利用SolidWorks建立球型机器人的三维模型并搭建相应的物理样机;利用雅可比矩阵及等效一级倒立摆模型求出机器人的运动学和动力学模型;建立PID运动位置控制算法和LQR运动倾角控制算法,设计相应的PID和LQR运动控制器;利用MATLAB/SIMULINK对所建立的PID及LQR控制器进行仿真并分析;利用所建的物理样机进行实验验证。结果表明:利用PID结合LQR所设计的运动控制器及其控制算法是准确的,有效地提高了机器人自平衡运动的控制精度及稳定性。     

一种四足机器人机体冲击力检测算法

四足机器人机体冲击力的有效检测能够为动态平衡控制提供决策依据,而与之相关的研究在现有文献中尚未见到,为此提出了一种新型的四足机器人机体冲击力检测算法;通过机器人的动力学分析和基于卡尔曼滤波器的姿态求解,获得腿部冲击力加速度和重力加速度在机体坐标系中的分量,并将其从加速度计输出信号中分离以获得机体冲击力加速度,完成对机体冲击力的检测;对四足机器人进行了动力学仿真。结果表明:所提出的算法能够有效地实现机体冲击力的检测。     

基于全阶滑模控制的双轮移动机器人跟踪误差研究

针对双轮移动机器人运动轨迹跟踪误差较大的问题,设计了全阶滑模控制器,并对控制输出误差进行仿真验证.建立双轮机器人简图模型,推导出移动机器人动力学方程式.介绍了移动机器人线速度和角速度的控制过程,对传统PI控制器进行改进,设计了全阶滑模控制器.采用李雅普诺夫函数对控制器的稳定性进行了证明,从而得到机器人运动线速度和角速度...     

基于SMART PLC的移动机器人控制系统

为降低仓储物流的人工成本,提高物流企业的自动化水平及生产效率,以西门子SMART 200 PLC作为核心控制器,利用磁条进行路径导引,采用超声波、光电传感器、防撞条3种传感器构成机器人的三级安全防护系统。以昆仑通态TPC7062KX嵌入式一体化触摸屏作为人机交互界面。通过设计控制电路、编写运动控制程序、编辑人机交互界面等完成移动机器人控制系统的开发。该系统能够实现移动机器人前进、后退、直行、转弯、调速、停车、自动运行、手动运行等功能,并且运行平稳可靠、操作简便、安全性强,能够很好地完成物料运送任务。     

三平移并联机器人机构的智能模糊控制研究

目前，有关并联机器人的研究多限于机构学、运动学和动力学方而的研究本文针对一种三平移并联机器人机构，在根据动平台运动要求，基于运动学分析实时求得各支路主动副期望角位移，建立了控制系统模型。设计了一种用于并联机器人轨迹跟踪的模糊控制器，仿真实现了对各支路主动副期望运动轨迹的跟踪。仿真研究结果表明，该控制方案能实现较高精度的快速轨迹跟踪，同时可削弱或避免常规模糊控制中的振荡现象和稳态误差。系统对参数摄动和外界于扰具有较强的鲁棒性。其研究为进一步实现该并联机器人机构的高精度实时控制奠定了基础。