水上行走机器人

水上行走机器人仿生水黾,利用液体的表面张力在水面上站立和行走,是近年来机器人研究领域新出 现的研究方向．本文综合分析了水上行走机器人相关理论与技术及系统研制等方面的国内外研究现状,并对该领域 未来的研究重点、关键技术和发展方向进行了展望．     

一种四足机器人全向行走运动控制方法

本文给出一种四足机器人全向行走的机器人控制方法。文章基于AIBO四足机器人提出了一整套运动控制方法。方法包括正向运动学计算,反向运动学计算,运动轨迹的平滑插值方法以及全向行走的实时轨迹规划。为实现四足机器人平滑的行走轨迹,本文同时给出了一种改进型三维拉格朗日插值方法,可有效平滑腿部末端运动轨迹,减少机械损伤。     

水上行走机器人支撑腿的设计与布局

研究了水上行走机器人支撑腿形状设计与布局问题.首先将支撑腿视为欧拉-伯努利弹性曲梁,通过对其柔性变形的几何分析与应力应变分析,提出了-种支撑腿形状优化设计方法,方法的目标是获得最大支撑力.对方法的正确性和有效性进行了仿真和实验验证.其次通过分析支撑腿间距对支撑力的影响,以及支撑腿布局与机器人抗翻转能力的关系,提出了支撑...     

二足机器人之动态平衡研究

主要探讨二足机器人（biped robots）行走或受到外力干扰时,通过动态平衡控制使机器人行走更趋稳定,并增强站立时稳定性．二足机器人动态平衡之实现,主要是将动态平衡控制程序撰写于Nios Ⅱ发展环境中,当二足机器人行走时,利用脚底压力传感器取得压力值,运算及判断二足机器人实际重心是否落在二足机器人支撑多边形范嗣内,并计算实际重心与期望重心之误差,以模糊控制器将二足机器人重心控制于支撑多边形范围内,使二足机器人行走时能够更加稳定,实验结果表明该方法是有效的．     

四足机器人节律柔顺行走控制

针对节律运动突变碰撞力大和柔顺性低的问题,改进基于Hopf振荡器的中枢模式发生器模型,提出一种节律柔顺行走控制方法。分析Hopf振荡器输出信号与关节运动之间的关系,整合膝关节变量,改变神经元之间的作用关系,实现对称步态和非对称步态行走;分析节律运动碰撞力突变对四足机器人行走产生的负面影响,提出基于碰撞力大小和四足机器人身体姿态的柔顺性评估方法;通过连续调整碰撞阶段大腿的摆动幅度,增大摆动周期,减小碰撞阶段的关节运动速度,形成机器人本体与地面之间的缓冲,实现节律柔顺行走。四足机器人慢走步态和对角小跑步态仿真实验验证了该控制方法的有效性。     

一种多足步行机器人行走状态分析模型

结合步行机器人行走的动力学特性,通过对机器人的加速度传感器信息进行离散傅立叶变换,建立了行走相关特征值的概率模型.通过使用马氏距离作为判定标准,对步行机器人的行走稳定性给出定量描述.四足步行机器人平台上的实验结果表明,该模型能够实时反映机器人的行走特性,帮助机器人在行走状态受环境影响发生改变时,根据行走特征及时调整运动,保证其稳定性.     

四足机器人躯干重心稳定的变步长行走研究

在机器人稳定性控制优化问题的研究中,四足机器人行走过程中躯干重心位置的波动是运动不平稳的一个重要原因,也会带来机器人的低能效比和机械寿命缩短等问题.为了解决上述问题,研究了四足机器人行走过程中保持重心稳定的方法,提出重心无波动关节运动规划方法.从静止加速到指定速度的过程,速度的增加按S型曲线变化,保证重心的平稳加速;在恒速行走过程中,以躯干重心位置变化的加速度为零、足端在起脚和落脚位置的冲击为零作为约束条件,计算出四足机器人各关节的运动函数,保证了行走过程的重心平稳.机器人行走的步长在行走过程中动态计算,计算依据是保证整个行走过程中重心在水平面的投影始终在机器人支撑脚所在多边形范围之内,可进一步减小重心在垂向的波动.对所提方法进行了计算机仿真,运动规划及关节驱动函数在Matlab中实时解算,运动过程的程序控制采用Matlab的状态机技术,四足机器人行走的动力学过程用Adams实时计算.仿真过程中四足机器人行走平稳,实际重心曲线在横向和垂向的偏移波动极小,表明提方法对于重心的控制是有效的,为机器人稳定行走设计提供了依据.     

一种水下足式机器人的设计方案研究

海洋蕴含着丰富的自然资源,对海洋资源的合理开发与运用可以极大的缓解能源短缺问题,但由于海洋的复杂环境所带来的资源开发难度也不容忽略;针对这系列问题,对一种新型水下航行器进行研究,开展了水下足式机器人的总体设计分析,并通过三维建模对机器人进行结构设计;利用ANSYS对机器人关键运动部件进行应力分析,对机器人的设计进行完善;利用FLUENT软件进行流体模拟仿真,计算得到机器人腿部在水下运动时的受力特性;使用Adams软件对机器人的运动进行动力学仿真,计算机器人腿部扭矩输出特性;结合仿真结果对机器人的硬件系统进行选型,完成水下足式机器人的总体设计。     

基于UMAC的六足机器人控制系统设计

六足机器人随着任务的复杂程度不断提高,自由度也不断增多,使其控制结构也越来越复杂,给工程实现带来很大的困难.本文以中枢模式发生器(CPG)原理为基础,IPC+UMAC多轴运动控制器为核心,采用分级分布式控制结构设计六足机器人控制系统.控制系统包括6个CPG单元,每个CPG单元的输出信号控制机器人单腿的三个关节.通过CP...     

一种水上行走机器人的设计与实现

研究了水上行走机器人的设计问题,提出了机器人驱动腿设计算法,给出了机器人结构、控制系统和 软件的设计方法和实例．设计并实现了一种采用双电机驱动、能转向和调速、通过红外信号遥控的水上机器人,并 对机器人进行了性能测试．该机器人仿生水黾重量轻、体积小、功耗低．实验表明其性能超过了现有同类机器人．     

基于Fuzzy–CPG的双足机器人适应性行走控制

为提高双足机器人的环境适应性,本文提出了一种基于模糊控制与中枢模式发生器(CPG)的混合控制策略,称之为Fuzzy–CPG算法.高层控制中枢串联模糊控制系统,将环境反馈信息映射为行走步态信息和CPG幅值参数.低层控制中枢CPG根据高层输出命令产生节律性信号,作为机器人的关节控制信号.通过机器人运动,获取环境信息并反馈给高层控制中枢,产生下一步的运动命令.在坡度和凹凸程度可变的仿真环境中进行混合控制策略的实验验证,结果表明,本文提出的Fuzzy–CPG控制方法可以使机器人根据环境的变化产生适应的行走步态,提高了双足机器人的环境适应性行走能力.     

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。     

多足机器人足端支反力求解方法比较

多足移动机器人运动过程中足端支反力的求解是一个难题,本文介绍并比较了两种计算方法,即伪逆法和优化方法。伪逆法将等式约束线性化处理并补充到平衡方程中,然后利用伪逆理论求解;优化方法则以各个关节力矩的平方和最小为目标函数,搜寻最优解。本文用伪逆法、基于常规规划理论的优化方法和遗传算法分别实现了某6足机器人足端反力的求解。通过对计算结果进行分析比较,得知:伪逆法效率高,但结果偏于保守,机器人行走时能耗偏高;优化方法得到的结果虽然使机器人行走时能耗更少,但计算速度慢,无法用于实时控制。     

四足步行机器人模糊神经网络控制

本文以模糊控制与神经网络应用于四足步行机器人的力与位置混合控制系统为目的，针对ＪＴＵＷＭ－ＩＩ四足步行机器人，进行了有关神经网络、模糊控制的理论研究和实验     

基于遗传算法的四足机器人行走步态规划

因RoboCup四腿组比赛所采用机器人的关节刚度较低，采用固定形状行走轨迹的步态规划方法所产生的实际步态和规划步态偏差较大。这种偏差限制了机器人行走速度的提高。为了提高机器人的行走速度，在原有步态规划方法的基础上，引入200组坐标描述任意形状的机器人行走轨迹，并用改进的遗传算法寻找最适合机器人行走的轨迹形状。实验结果表明：改进的行走轨迹规划方法经学习后的实际步态更有利于机器人的行走，在行走更加平稳的同时可使机器人获得更快速的行走效果。     

面向足式机器人的新型可调刚度柔性关节的设计及性能测试

为提高足式机器人的运动适应能力,为其设计了一款具有刚度连续调节功能的新型柔性旋转关节.通过研究杠杆机构输出刚度与传动比的对应关系,提出以变传动比杠杆机构作为核心部件进行可调刚度柔性关节的设计.文中对关节的结构以及关节驱动方式等进行了紧凑化设计,以满足足式机器人系统对体积及重量的要求.在设计中通过分析关节输出刚度系数与关节相关结构参数之间的关系,为关节输出刚度调节选择了较为敏感的参数调节范围,提高了刚度调节的灵敏性.在此基础上,通过开展机构运动学分析,确定了关节机构的理论刚度输出固有特性.关节样机测试表明,该调节机构能够实现关节输出刚度的调整和有效控制,该关节在结构设计以及功能方面均可以满足在足式机器人腿部结构中的应用需求.     

四足机器人静步态直线行走规划研究

为使四足机器人以静态步行方式实现稳定直线行走.基于仿生学,利用SolidWorks环境下所构建的虚拟模趔,使用三角函数法对机器人的步行参数进行了规划和设计,并在ADAMS中对所规划的步行方式进行了仿真和检验.进而针对仿真中机器人出现横向偏移的现象,对影响机器人稳定直线行走的原因进行了分析,提出了支撑足零差速规划方法,并在进一步的仿真中证明了方法能有效减小横向偏移量,实现机器人的稳定直线行走.研究结果以及所用的仿真方法对四足机器人的步态设计具有一定的借鉴意义.     

深海采矿机器人的行走鲁棒控制

针对深海采矿机器人模型和外界环境不确定性而导致其控制问题异常复杂这一难题,首先用RBF神经网络逼近系统不确定性的上界,在状态反馈的基础上,构造了基于虚拟输入的航向控制鲁棒自适应律;然后给出了左右履带速度输入与虚拟输入之间的模糊控制推理规则,提出了采矿机器人的行走控制方法.仿真结果验证了所提出方法的可行性.