仿人机器人的步行控制方法综述及展望

步行控制是仿人机器人最重要的技术之一,是仿人机器人实现最基本的类人动作的关键.从步态规划和步态控制两方面综述了仿人机器人步行控制的研究现状,对已有的典型步态规划和步态控制方法进行了分析与比较,并展望了仿人机器人步行控制的研究方向.     

具有弹性阻尼环节的四足仿生机器人步行腿研究

基于仿生学,研制了一种具有弹性阻尼环节的步行腿机构并应用于四足仿生机器人中。介绍步行腿的总体设计方案;分析弹性阻尼环节的机械结构和工作原理并对其进行数学建模和动力学分析。以同侧步态为例,运用Pro／E分别对刚性腿和弹性腿进行了建模,并通过Adams对建立的模型进行了仿真分析。仿真结果表明该机构的应用能有效缓解四足仿生机器人在动态行走时地面对其产生的冲击。     

仿壁虎机器人地壁过渡的步态规划

设计并研究了一种具有柔性多杆机构腰部和尾巴的仿壁虎机器人结构,通过对该机器人地壁过渡阶段研究,规划了一种仿壁虎机器人地壁过渡步态;并利用ADAMS对仿壁虎机器人进行了地壁过渡步态规划仿真;仿真结果表明:所设计的仿壁虎机器人结构是合理的,且地壁过渡步态规划方法是可行的。     

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。     

基于足端轨迹规划的四足机器人运动学分析与仿真

为了减少四足机器人在行走过程对地面的冲击,提出一种改进动静步态的五次多项式的足端轨迹规划。推导了改进五次多项式的数学公式,利用机器人运动学知识计算机器人的运动学逆解。根据数学推导,分析机器人足端速度和加速度的理论曲线。利用ADAMS对机器人在三角步态和对角步态下进行运动仿真,对比了足端轨迹的理论结果和仿真结果,分析了仿真情况下机器人质心变化和RPY角变化。理论分析和仿真结果一致,验证了改进足端轨迹的正确性。     

步态康复训练机器人行走步态仿真研究

步态康复训练机器人是对下肢行走障碍患者进行步态康复训练的一种助力康复设备,其行走步态的研究对于控制方案的制定有着重要意义.本文作者提出了步态康复训练机器人总体结构设计方案,利用Matlab/Simulink仿真环境下的机构系统模块集(SimMechanics)建立了步态康复训练机器人系统的仿真模型,并将斯坦福OpenSim下肢肌肉骨骼模型得到的下肢关节运动数据作为设定输入对机器人进行了运动仿真分析和研究,为下一步机器人样机制作和实际控制奠定了理论基础.     

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SimMechanics的仿人机器人运动学仿真

利用Matlab／SimMechanics机构仿真工具建立了仿人机器人机构的仿真模型,并由模型图直观地观察仿人机器人的动态步行过程,求出了机器人躯体重心的角加速度和髋关节的扭矩变化图。建立了仿人机器人的瞬时状态的平面五杆机构运动模型,根据Kane法求解出了机构的动力学方程。在机构分析中应用SimMechanics仿真工具,为机械系统的仿真提供一种十分简便的方法。     

基于并联机构的仿人机器人结构设计

仿人型机器人具有较强的环境适应能力.为了提高机器人的灵活性及稳定性,文章采用球面三自由度并联机构作为腰关节,并对该关节结构进行了改进,设计了一种新型的仿人型机器人,并利用ADAMS软件对其进行了仿真验证.结果表明,机器人能够进行完整的步态行走,腰部并联机构采用3-RRR+S’-p机构,能够实现机器人腰部的灵活运动,具有较好的稳定性和刚性.     

下肢外骨骼机器人结构设计与运动稳定性研究

为帮助下肢瘫痪人群恢复行走功能,设计出一款下肢外骨骼机器人。依据人体运动机制对各个关节的自由度进行了设计,确定了主动关节和被动关节类型并选用合适的驱动方式,详细介绍了主要部位的结构设计。论述了机器人的工作机制以及工作方式。建立下肢外骨骼机器人的连杆模型,规划出关节运动轨迹并求解出各个关节旋转运动曲线。利用ADAMS仿真软件将所规划的步态曲线进行仿真分析,仿真结果表明:各个关节运动曲线柔顺平滑,无明显冲击。在一个周期内,与理论计算值相比,各个关节的角度仿真值误差均小于±1.5°,在合理误差范围之内。利用COG理论验证步态轨迹的动态稳定性,证明了所规划的步态曲线的合理性。     

Review on finite element analysis of welding deformation and residual stress

Welding deformation and residual stress have negative influence on assembly accuracy and service performance. Thermal elastic plastic (TEP) and inherent strain finite element analysis (FEA) methods were used to study this challenge. Basic principle of these two methods was first introduced. The influence of welding process, constraints, solid phase transformation and multi-pass welding on deformation and residual stress was discussed, and computation accuracy and efficiency were summarised. Loading method of inherent strain in inherent strain FEA was analysed, interface element was introduced to simulate effects of the gap on deformation in assembly welding especially for large structures. The future work, including accurately multiscale TEP model, efficiently transient prediction method of large structures, and flexible evaluation software, was planned.     

仿生六足机器人机构设计与运动分析

基于蜜蜂腿部结构及运动步态特点和仿生设计基本原理,设计了一种新型六足机器人机构,可实现不同运动步态下的前进、后退和转向,具有较高的步态稳定性和环境适应性。运用空间分解法构建了机器人单腿的运动学模型,利用消元法对模型进行求解,得到逆运动学的唯一解。通过数值求解获得了六足机器人足部末端的运动轨迹,验证了运动学模型的正确性。借鉴蜜蜂的运动步态特征,规划了六足机器人直行和转弯时的运动步态。该研究为六足机器人机构设计与步态规划提供了新的思路和理论参考。     

基于测试与仿真的数控折弯机滑块刚性分析

板料折弯机的滑块在折弯加工过程中会产生向上的弹性变形,导致折弯时模具之间压力分布不均匀,从而影响工件的折弯精度,因此滑块的刚性分析非常重要。运用应变电测技术与有限元仿真相结合的方法对某型号数控折弯机滑块的变形分别进行了实验测试和有限元计算,并将测试结果与计算结果进行比较,以验证有限元模型的正确性。在此基础上,将滑块高度与厚度作为设计变量,对滑块进行改进设计。改进设计结果表明:将滑块厚度增加20 mm、同时将高度增加100 mm时,滑块刚性得到了明显的提高。     

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。     

Effect of friction welding conditions on joint properties of austenitic stainless steel joints by friction stud welding

This study focuses on the opening mode of induction bends; this mode represents the deformation outside a bend. Bending experiments on induction bends are shown and the manner of failure of these bends was investigated. Ruptures occur at the intrados of the bends, which undergo tensile stress, and accompany the local reduction in wall thickness, i.e. necking that indicates strain localization. By implementing finite element analysis (FEA), it was shown that the rupture is dominated not by the fracture criterion of material but by the initiation of strain localization that is a deformation characteristic of the material. These ruptures are due to the rapid increase in local strain after the initiation of strain localization and suddenly reach the fracture criterion. For the evaluation of the deformability of the bends, a method based on FEA that can predict the displacement at the rupture is proposed. We show that the yield surface shape and the true stress–strain relationship after uniform elongation have to be defined on the basis of the actual properties of the bend material. The von Mises yield criterion, which is commonly used in cases of elastic–plastic FEA, could not predict the rupture and overestimated the deformability. In contrast, a yield surface obtained by performing tensile tests on a biaxial specimen could predict the rupture. The prediction of the rupture was accomplished by an inverse calibration method that determined the true stress–strain relationship after uniform elongation.     

筒形件磁脉冲辅助冲压成形数值模拟

针对磁脉冲辅助冲压成形过程,提出了基于ANSYS平台的有限元分析程式,通过编制用户子程序,采用重启动分析法,建立了冲压预成形过程显式求解和瞬态磁脉冲成形"松散"耦合分析之间的动态连接,并用于5052-O铝合金圆筒形拉深件磁脉冲辅助冲压成形过程的有限元仿真研究。结果表明,所建立的有限元分析方案,能实现圆筒形件磁脉冲辅助冲压成形连续变形过程的模拟,板坯变形信息体现了准静态冲压变形和高速率磁脉冲成形之间的耦合。有限元模拟结果与实验吻合较好。     

颗粒团聚对Al基SiC颗粒增强复合材料的流变形为影响

基于微观组织的有限元分析模型,研究颗粒团聚对Al基SiC颗粒增强金属基复合材料流变行为的影响。通过建立的3种增强颗粒分布的胞元模型（一个团聚现象、两个团聚现象和随机分布）,分析讨论基体和增强颗粒中的等效应力和等效应变的分布规律,以此为基础,获得3种颗粒分布模型下的SiC颗粒增强Al基复合材料的应力应变曲线。结果表明：颗粒增强金属基复合材料的流变行为和力学响应与增强颗粒的分布非常敏感,但在弹性变形阶段这种影响就相对较弱。从增强颗粒的最大主应力分布来看,颗粒团聚增加了SiC颗粒开裂的概率。从基体的静水应力分布来看,颗粒团聚将促进早期的界面脱粘和在韧性基体中形成微空洞。     

Fast support layout optimization

Machining-fixture supports are used to increase workpiece rigidity. A critical problem of machining-fixture design is where to place a fixed number of supports in order to minimize workpiece deformation during machining. This paper presents the Fast Support Layout Optimization (FSLO) model. The objective of the FSLO model is to determine support locations that will minimize the maximum displacement-to-tolerance ratio of a set of workpiece features subject to a system of machining loads.The FSLO model utilizes a Finite Element Analysis (FEA) model to characterize workpiece stiffness. Solution of the FSLO model improves an existing support layout by systematically altering the boundary conditions applied to the FEA model. The FSLO model is unique in that its solution time is both very small and insensitive to the size of the FEA model, the sizes of machined features considered, and the sizes of the candidate regions of the supports. In addition to describing the formulation of the FSLO model, this paper describes a set of experiments that were used for its verification.     

板料弯曲减薄系数的计算

通过对板料弹塑性弯曲变形分析，利用材料力学中的平面曲杆理论，提出了大曲率弹性变形应变中性层向内移动的观点，并推导出了板弯弯曲减薄系数的计算公式。     

气动仿生六足机器人腿部设计与运动实验

为了提高气动仿生六足机器人的灵活性,机器人腿部采用三自由度气动空间弯曲柔性关节驱动,腿部装有抬升机构,可改变腿部的抬升高度,调整机器人重心高度。建立了腿部抬升高度和步距模型,利用三维运动捕捉系统,获得机器人腿部抬升高度、关节形变和足部工作空间,并分析了六足机器人越障高度。通过理论计算和实验可知,机器人腿部运动灵活,可跨越高度为30 mm的障碍。该研究为气动柔性关节仿生六足机器人的步态规划和控制提供了参考。