四足机器人步态分析及仿真实现

为实现一种液压驱动的四足机器人稳定行走,根据机器人稳定裕量原则,针对JQRI00四足机器人进行了步态规划。根据前期对四足机器人的结构设计,建立了JQRI00四足机器人的虚拟样机;针对其结构特点,分别设计了四足机器人在进行直线行走和转弯时的步态规划,应用ADAMS对虚拟样机进行了直线步态仿真。仿真结果准确、合理,表明所研究的步态规划正确、可行,能够实现四足机器人稳定行走,为机器人后期进行驱动控制奠定了基础。     

基于Adams的六足爬壁机器人的步态规划与仿真

针对桥梁检测的要求,设计出了一种可以在桥底爬行和检测的六足爬壁机器人,通过对六足爬壁机器人运动机理以及腿部结构的理论分析和研究,提出了适应于桥底爬行的横向三角步态和横向四角步态.其中横向四角步态是从横向三角步态改进而来的,与横向三角步态相比,横向四角步态有更好的稳定性和安全性,更适用于桥底作业的这种工作环境.采用UG设计软件和Adams仿真软件相结合的方式分别对以上两种步态进行了仿真,实验结果表明了所提出步态的有效性.     

连续电驱动四足机器人腿部机构设计与分析

提出了一种四足机器人腿部的连续电驱动（即电机整周转动驱动腿部实现摆转跨步动作）方案,设计了一种具有由切比雪夫机构、五杆机构组成的2自由度双曲柄复合连杆机构的机器人腿部结构．分析了动物的足端轨迹特性,采用轨迹圆滑、无突变、导数连续的椭圆曲线规划了机器人足端运动轨迹．以规划的足端轨迹再现为优化目标,采用遗传算法与fmincon函数内点法计算得到了腿部机构杆长的最佳尺寸．在此基础上,建立了机器人仿真模型,通过Adams仿真分析了机器人腿部机构的足端运动特性,并研制了腿部结构性能测试平台．完成了单腿足端运动轨迹跟踪实验,验证了腿部结构设计方案的可行性．     

基于虚拟样机技术的四足机器人静态稳定步态规划

针对现有技术文献中广泛使用的多种静态稳定步态中速度稳定性与稳定裕度不可兼得的通病,在随动质心的静态步态基础上,利用参数化坐标变换矩阵方法规划出一种四足机器人前进过程中质心以曲线轨迹移动的静态步态方法,使该步态方法以连续性速度运动的过程中保证一定稳定裕度;通过D-H法求得四足机器人的逆运动学坐标变换矩阵,分别在三维空间中对四足机器人的四组足端轨迹方程进行规划,并带入MATLAB软件后以逆运动学方程计算出关节夹角驱动方程,利用步态规划图求出机器人四条腿各自对应的夹角驱动方程以及机体质心轨迹方程;最后在MSC.ADAMS软件中建立四足机器人虚拟样机并对规划的步态进行虚拟仿真,仿真结果验证了该步态对提升四足机器人对于速度连续性以及稳定裕度的提升。     

液压驱动单元基于力的阻抗控制方法控制参数灵敏度分析

液压驱动型高性能足式仿生机器人具有很好的适应能力,为尽可能地避免其足地接触过程中的冲击和碰撞,足式机器人的关节应具有一定的柔顺性,而基于力的阻抗控制是一种在液压驱动型高性能足式仿生机器人腿部关节中常用的主动柔顺控制方法.针对驱动足式机器人关节运动的液压驱动单元(HDU),研究基于力的阻抗控制方法在HDU上的应用,推导其状态空间表达,并在HDU性能测试平台上对阻抗控制效果进行实验验证.针对影响阻抗控制效果的4个主要控制参数,对比分析不同灵敏度分析方法的优劣势,最终确定使用相对简单求解过程的一阶矩阵灵敏度分析方法,对4个参数在4种不同工况下进行动态灵敏度分析以及定量灵敏度分析,并进行实验验证.所得基于力的阻抗控制参数灵敏度分析结论可作为不同工况下控制参数优化的理论参考和实验基础.     

六足仿生机器人机构与控制系统设计

由于六足仿生机器人的足数较多,控制其稳定行走较为复杂,针对控制六足机器人稳定行走的要求,该六足机器人的腿部是参照蚂蚁的腿部结构进行设计,并对其进行建模分析.整个系统在硬件上选取了Arduino、无线模块、显示模块、舵机控制板等;软件上选用Qt Creator在上位机上编程,用于远程遥控六足机器人及观察其行走状态变化;在步态控制上采用了三角步态控制算法.通过设计机械结构、建模分析以及硬件、软件和算法的结合,实现了六足仿生机器人的稳定行走.     

基于分层学习的四足机器人运动自适应控制模型

针对四足机器人面对腿部损伤无法继续有效自主运作的问题,提出一种基于分层学习的自适应控制模型。该模型结构由上层状态策略控制器(SDC)和下层基础运动控制器(BDC)组成。SDC对机器人腿部及姿态进行决策并选择运动子策略,BDC子运动策略表达该状态下机器人的运动行为。在Unity3D中构建反关节多自由度的四足机器人,训练多种腿部受损状况的BDC子运动策略,BDC成熟后20s周期随机腿部受损并训练SDC。该模型控制流程为SDC监测机器人状态,激活BDC策略,BDC输出期望关节角度,最后由PD控制器进行速度控制。其实现机器人在腿部受损后自我适应继续保持运作。仿真与实验结果表明,该控制模型能在机器人损伤后能自我快速、稳定调整运动策略,并保证运动的连贯性及柔和性。     

基于CPG的六足机器人运动步态控制方法

中枢模式发生器（CPG）在六足机器人的运动步态控制中起着至关重要的作用。为了研究六足机器人的运动控制方法,首先基于仿生学原理设计了六足机器人的机械结构,并在虚拟样机软件ADAMS中搭建其三维模型;其次选择Hopf振荡器作为CPG单元,并改进了振荡器模型;然后设计了六足机器人的CPG网络拓扑结构,包含单腿关节映射函数方案和腿间CPG环形耦合网络方案,并对其进行了改进;最后通过ADAMS和MATLAB联合仿真实验,验证了所设计六足机器人的运动稳定性和CPG控制方案的可行性与有效性。仿真结果表明,该方法能够满足六足机器人不同运动步态的控制需求,对六足机器人的运动控制具有一定的实际应用价值。     

仿生六足机器人步态设计与运动仿真

仿生六足机器人稳定性好、灵活度高在众多领域得到了使用。为实现对六足机器人的运动控制和性能分析，通过构建机器人D-H连杆坐标系结合机械结构参数，确定了运动学正解、逆解表达式；设计可修改参数的机器人行走参考步态，引入了控制机体保持水平的姿态控制和适应不平整地形的腿着陆控制。以MATLAB的Simulink作为仿真环境，构建机器人模型，完成运动仿真，并对测量到的运动数据和腿部关节输出力矩进行分析。其结果表明，机器人能够跟随所设计步态生成的轨迹连续稳定行走，使用基于模型设计的方法，验证了所提算法的正确性和可行性，最后得到了腿部各关节力矩分布，为后续六足机器人设计与运动控制提供参考。     

基于静平衡的四足机器人直行与楼梯爬越步态

为提升四足机器人的障碍爬越能力,采用稳定裕度作为四足机器人静态稳定的判据,以落足点形成的 象限边界明确了不同初始位姿机器人的迈腿可能性．基于迈腿次序将所有步态划分为24 种类型．利用运动空间需 求最小、稳定裕度最大、步态协调性最好3 个基本评价指标,对四足机器人的24 种基本步态进行了对比分析．提出 了基于投影分析法结合平面静平衡步态理论的楼梯爬越步态研究方法,并以上述3 个特性参数最佳为要求,对楼梯 爬越步态进行了系统仿真,所得结果为四足机器人的直行与楼梯爬越步态选择提供了理论依据．实验表明了所研究 方法的有效性．     

液压驱动型四足机器人电液伺服控制系统仿真建模与实验分析

复杂的作业环境和艰巨的作业任务使液压驱动型四足机器人对其伺服系统的精度、速度和力量均比一般机器人在普通情况下有更高的要求。为掌握液压驱动型四足机器人在多种路况下行走时各液压缸的受力情况以及液压系统内流量、压力的变化情况,需要对其虚拟样机进行机械动力系统和液压伺服系统的联合仿真,定性分析电液伺服系统位置、速度等被控对象的特性,并分析PID控制器在四足机器人伺服控制方面的特性与不足。针对传统控制算法在四足机器人控制存在的短板问题,设计了一种非对称前馈补偿模糊自适应PID算法,并利用物理样机进行了实际验证。实验结果为四足机器人电液伺服控制系统硬件、软件和控制算法的设计与优化指明了方向,还为研究四足机器人平稳步态控制策略提供了决策依据和数据支持。     

基于并联腿机构的四足仿生机器人开发

本论文主要对生物的节律运动控制机理进行仿生,模仿生物中枢模式发生器(CPG)产生节律运动控制信号,并对其工程模型进行了简化,方便控制方法实现。同时在机器人腿部结构方面,采用了具有高精度和高刚度的并联闭环机构,提高了机器人的承载能力。经实验表明,基于此并联机构腿的四足机器人可以灵活的实现平面、坡面的多种步态的稳定快速运动。     

仿生四足机器人设计及运动学足端受力分析

仿生四足机器人腿部结构设计与生物腿部实际结构存在差异,足端与地面的刚性接触力对于控制其运动平稳和收敛会产生不利影响。为解决上述问题,分析德国牧羊犬骨骼结构,通过图像处理和分析手段获取牧羊犬对角小跑步态运动中四肢各关节的运动规律,设计一款四足机器人。该机器人足端具有转化足端与地面刚性接触为柔性接触的机构。根据正运动学和逆运动学理论分析模型足端工作空间。将仿真获得的受力曲线与实际受力曲线进行对比,结果表明,运动控制函数和柔性机构更有助于四足机器人的运动平稳。     

基于AT89S52的六足机器人运动控制器的设计

文章应用AT89S52内部的2个定时器,采用多舵机分时控制方法,设计了可驱动机器人足部12个舵机协调运动的控制器;按照六足机器人典型行走步态,实现了六足机器人按步态规划运动。测试结果验证了该设计方案的正确性和可靠性。     

电动并联六轮足机器人的运动驱动与多模态控制方法

提出一种并联六轮足移动机器人．该机器人设有多模式Stewart型腿结构,其负载能力大,集成了轮式运动和足式运动的优点,可实现足式、轮式、轮足复合式运动．首先,阐述了机器人设计思路,对电动并联六轮足机器人的硬件系统和控制系统进行设计．其次,针对足式运动模式,设计了一套完整的足式“三角”步态和稳定行走算法,该算法可降低足端与地面之间的垂直方向冲击,防止足式运动拖腿或打滑;针对轮式运动模式,设计并介绍了6轮协同控制和轮式协同转向原理;针对轮足复合式运动模式,介绍了变高度、变支撑面、变轮距、主动隔振控制原理,重点分析了主动隔振控制和变轮距控制,可实现主动隔振及姿态平稳控制,提高了机器人在崎岖颠簸地形下的轮足复合式运动的稳定性．最后,对电动并联六轮足机器人的足式、轮式、轮足复合式运动模式进行实验,实验结果验证了本文提出的并联六轮足移动机器人设计的可行性和各运动模式下驱动与控制算法的有效性．     

仿生机器人运动步态控制:强化学习方法综述

仿生机器人是一类典型的多关节非线性欠驱动系统，其步态控制是一个非常具有挑战性的问题。对于该问题，传统的控制和规划方法需要针对具体的运动任务进行专门设计，需要耗费大量时间和精力，而且所设计出来的控制器往往没有通用性。基于数据驱动的强化学习方法能对不同的任务进行自主学习，且对不同的机器人和运动任务具有良好的通用性。因此，近年来这种基于强化学习的方法在仿生机器人运动步态控制方面获得了不少应用。针对这方面的研究，本文从问题形式化、策略表示方法和策略学习方法3个方面对现有的研究情况进行了分析和总结，总结了强化学习应用于仿生机器人步态控制中尚待解决的问题，并指出了后续的发展方向。     

两栖多足机器人水下步态分析

通过对两栖动物运动机理的研究,针对两栖多足机器人水下行走的特点,采用减轻重力、附加流 体力的方法,提出了静水环境下的动力学模型,并基于对模型的分析提出了适用于两栖多足机器人水下运动 的“蹬踏—漂浮”步态．该步态不但解决了两栖多足机器人以陆地行走步态在水下行走时出现的抓地不牢及 稳定性不够的问题,而且提高了水下步行速度．通过分析两栖多足机器人的水下实验结果,验证了步态的可 行性．     

仿壁虎机器人足端工作空间分析及其实现协调运动的步态规划

基于对壁虎爬行运动的研究,提出一种四足仿壁虎爬壁机器人.对其机械结构、运动学、足端工作空间和越障能力进行了分析,规划了两种爬行步态,并针对实验中出现的过驱动问题进行了分析,设计了一种多关节协调控制算法.实验结果表明,使用该控制算法的机器人运动是协调稳定的,验证了分析结果的正确性和控制算法的有效性.     

一种多模型融合的仿猎豹四足机器人复杂运动控制方法

针对具有2自由度主动脊柱关节的仿猎豹四足机器人,基于任务分解思想和生物神经系统机理,提出多模型融合的控制方法。该方法以弹簧负载倒立摆模型实现单腿跳跃控制,通过中枢模式发生器（CPG）实现4条腿之间以及脊柱―腿之间的协调控制,利用虚拟模型控制实现机器人与环境交互,采用基于CPG输出的有限状态机来融合3个控制模型,构建仿猎豹四足机器人的多模型分层运动控制器。参考猎豹脊柱运动特征,设计了机器人脊柱关节运动模式,给出脊柱与腿的协调控制策略。最后,在Webots仿真环境中搭建了仿猎豹四足机器人虚拟样机,实现了不同步态下的脊柱―腿的协调控制、在崎岖地形上稳定奔跑,以及平滑的对角―疾驰―对角步态转换,仿真结果验证了所提出的多模型融合的四足机器人运动控制方法的有效性。     

仿生猫科机器人的肩腿部运动学分析与结构优化

针对仿猫四足机器人肩腿结构进行研究,对机构进行运动学分析,通过蒙特卡洛法求解机器人足端运动空间。对比不同大小腿长比例下的足端可达空间,对机器人肩腿长度进行优化。将得到的优化结果作为输入,利用虚拟样机技术仿真输出机器人俯仰角和翻滚角曲线,验证机器人优化后的行走稳定性。通过拓扑算例对肩腿结构进行拓扑优化,获得腿部优化后结构形式,为样机试制奠定基础。