拟人机器人头部研究综述

拟人机器人头部是拟人机器人的重要组成部分,是拟人机器人拟人化程度最直观的标志.它能给人以亲切感,消除了人与机器人之间的心理障碍,有助于提高其社交能力.拟人机器人头部集成了听觉、视觉、嗅觉等功能,是拟人机器人认知外界环境、实现与人无障碍交流的重要感知系统.目前,众多研究学者对拟人机器人头部从形似和功能方面进行了深入研究.本文详细总结了国外拟人机器人头部的研究概况,分析了其功能组成及设计要求,并展望了拟人机器人头部研究的发展趋势.     

拟人机器人自由度的分析

以采用最常见的下肢关节配置方案的拟人机器人为例进行了自由度的计算，并且对只考虑某一个方向转动关节的模型也进行了自由度的计算。利用Adams软件引入了一种简单有效的自由度验证方法，并对计算结果以及拟人机器人下肢各关节的耦合现象进行了分析，该方法亦适用于采用其它关节配置方案的似人机器人。     

服务机器人拟人臂和底盘运动学建模

针对服务展示移动平台拟人手臂抓物体和移动问题,将其分为移动定位底盘和拟人抓取手臂两个基础部分。首先,构建了基于MDH法的连杆坐标系,其次从正、反运动学描述两个方面对拟人手臂进行了坐标系建模。再次把展示服务平台建模成驱动轮上的一个刚体,该服务展示平台移动定位底盘的总维数是三个:两个为移动平面中的位置信息;一个为垂直移动平面的旋量信息。最后,利用Open GL与VC6.0对四轴拟人手臂进行了仿真实验,验证了正、逆运动学求解工程的正确性。实验结果表明,该运动学建模能够反应出服务机器人真实运动情况。     

基于Sarrus结构的5自由度拟人手臂运动学研究

针对目前机器人拟人手臂的结构特点及局限,提出一种将Sarrus结构作为运动关节的新型手臂,并设计一种基于Sarrus结构的5自由度拟人手臂.为验证该优越性并研究其工作空间,同时为结构设计优化提供基础,用齐次坐标变换法对正向运动学进行分析,推导出腕部质心到基准坐标系的姿态变换矩阵,并通过数值计算,得到手腕质心的轨迹曲线.分析结果表明基于Sarrus结构的拟人手臂在具备一般机器人手臂性能的同时,还具有高度的柔性;采用这种新型关节的手臂能够克服自身连杆的限制,并且能够在结构上进一步拓展其工作空间,满足不断变化的工作和环境需求.     

冗余拟人双臂机器人的运动学及工作空间分析

文中对一种具有冗余结构的拟人双臂机器人进行研究。首先,采用D-H法建立机器人手臂的运动学模型,得到其运动学正解;其次,利用数值法在考虑各关节边界条件的基础上对其工作空间进行了分析,分别得到了单臂作业和双臂协同作业时工作空间的三维视图和二维截面图;最后,对其奇异性进行了分析。分析结果表明,该机器人双臂协同作业时具有较大的工作空间,为其后续的协同控制和轨迹规划提供理论依据。     

码垛机器人运动学分析

针对四自由度码垛机器人采用的四连杆机构进行结构分析,利用D-H法建立机器人运动学模型进行运动学分析,包括机器人的正运动学、逆运动学、作业空间和灵活性的分析,利用MATLAB软件进行了作业空间的仿真,并在实验室环境下对码垛样机进行了试验验证,试验结果验证了机器人作业空间和工作能力的可行性。     

拟人步行机器人下肢研究现状

阐述了近几年国内外先进拟人机器人的腿部结构特点。通过比较双足行走机器人的腿部自由度、结构设计和驱动模式的实现方式以及实现拟人步态行走的控制方式,观察目前拟人机器人研究的特点和趋势。     

六自由度机器人运动学分析

针对机器人不同运动学的建模方法,以KUKA机器人KR16-2为模型,分别采用Craig和Spong的D-H方法(全称Denavit-Hartenberg方法),建立D-H坐标系,建立机器人运动学模型,求解正逆运动学方程,并利用MATLAB中的Robotics TooIbox工具箱对机器人正逆运动学进行示教验证.通过两种...     

6650型工业机器人运动学分析

以6650型六轴工业机器人作为研究目标,利用D-H表示法建立该机器人的连杆模型与连杆坐标系。得到机器人杆件几何参数和关节变量,进而推导出该机器人的运动学方程,并由此计算出机器人的工作空间,为机器人的轨迹规划及运动提供一定的数学基础。     

仿人机器人构型

对人形机器人构型的研究现状进行综述,分析国内、外现有人形机器人普遍采用的串联构型的特点;介绍人体的结构,对关节、肢体构成与运动进行简化,建立人体的简化构型;利用基本运动单元,以人体构型为原型,从结构、运动、功能仿生的角度出发,在多自由度关节处引入并联机构,采用等效机构替代关节及组合方法,构建人形机器人构型,得到肢体并联、混联(串、并联共存)构型与整体混联构型。试验证明,采用该类构型可使机器人肢体末端的运动更灵活、平滑连续;改善输出状态,提高机器人的机动与操作能力;使机器人刚度大、承载力大、运动稳定性高。丰富了人形机器人构型,为人形机器人设计提供理论依据和更多的构型选择。     

拟人机器人手的设计与实现

与传统自由度过多但控制复杂、体积较大的灵巧手不同,设计了一种新型的机械手TH-1。介绍了该手的设计思路、抓取功率分析过程及微型驱动控制系统等。该手上的电动机、减速器、驱动与控制电路等完全嵌入手掌,在外观与尺寸上均与人手相似,具有质量小、自由度少、控制简单、结构紧凑、适应性强等特点。试验结果表明,TH-1手适合用于拟人机器人上,以完成伸展、握拳和稳定抓取常见物体等动作。     

轮式移动宜人机器人可变刚度腰部机构设计

轮式移动宜人机器人是一个仿人机器人技术研究平台,它由正交轮式移动平台、腰部、双臂、躯干及头部组成。仿人机器人腰部的构成对其运动学、动力学性能起着重要的作用。分析了目前仿人机器人腰部机构存在的问题,提出了一种具有可变刚度特征的仿人机器人腰部设计方案。设计方案使仿人机器人具有良好的柔顺性,提高了机器人与人协作时的安全性、稳定性和抗干扰能力。着重分析了腰部机构的运动学、动力学以及可变刚度特性。     

不平整地面仿人机器人行走控制策略

针对仿人机器人行走于不平整地面会失稳倾倒的现象,提出基于Kane碰撞原理的在线调节控制算法。该调节算法可以实现快速的动力学解算,估算出仿人机器人遇到障碍时地面对腿部的冲击力大小,据此调节仿人机器人的腿部及躯干姿态参数,使机器人成功稳定行走过凸起或凹陷障碍。采用Matlab的Simulink工具,仿真验证了5杆仿人机器人模型基于Kane在线调节控制算法平稳行走过障碍的过程。     

四足机器人爬行步态的正运动学分析

讨论了四足机器人TITAN—Ⅷ爬行步态的自然约束条件,推导了机器人冗余驱动变量和独立驱动变量之间的位置和速度关系,求解了机器人机体位置和速度的运动学正解。分析表明,只要机器人机体面保持与脚底接触面平行,机器人就能够实现在不平地面上的全方位爬行,而且该正运动学的求解需要解一个一元十六次高阶代数方程。逆运动学分析以及试验都验证了正运动学的求解结果。     

具有形状自适应的欠驱动拟人机器人手指

为了实现使用较少驱动器获得较多的自由度,从而在不增加控制难度的前提下,更好地抓取物体以及增加手的拟人化,需要研究欠驱动机械手指装置。提出了一种新的设计思想,以此为指导设计了一种机械手指装置,并对其主要设计参数进行了详细分析。试验证明,该装置可以作为机器人拟人手的一个手指或手指的一部分,用以实现机器人拟人手较少驱动器驱动较多的手指关节自由度,并具有抓取不同形状、尺寸的物体的自适应性,降低了装置对控制系统的要求。该装置外形与人手的手指相似,结构简单、可靠、易加工、体积小和重量轻。     

蛇形机器人行波运动的研究

对蛇形机器人的行波运动机理进行了研究,基于Serpenoid曲线建立了蛇形机器人行波运动的形状控制模型、运动学模型、机构动力学模型及环境动力学模型,给出了求解过程。仿真结果表明：在行波运动中,各关节输入力矩大小呈周期变化,且随其与蛇体重心距离的增加而减小。蛇体中心关节的最大输入力矩为蛇形机器人所需最大输入力矩。对称关节输入力矩幅值变化规律相同,但相差不同;运动初始弯角保持不变,关节输入力矩随着环境摩擦因数的增加而增加。环境摩擦因数保持不变,关节输入力矩随着初始弯角的增加而减小。     

具有冗余度的三分支空间机器人逆运动学分析

为了给运动学优化、动力学优化与容错控制提供理论基础,利用旋量理论对具有冗余度的三分支空间机器人进行了逆运动学分析,并建立了统一的逆运动学模型。对于各分支具有球腕的三分支空间机器人,基于腕关节的封闭解,给出了简化的逆运动学模型。最后以每个分支有5个旋转关节的三分支空间机器人为例进行了计算机仿真,仿真结果证实了所提逆运动学模型的正确性。     

新型集成化仿人手指及其动力学分析

研究了一种新型的集成化仿人手指。这种手指有两个主要特点:采用微直线驱动器和腱传动相结合的方式驱动手指,实现了机械本体和驱动系统的集成;采用差动机构设计了轴线相交的2自由度基关节,手指末端的两个关节是机械耦合的。系统地分析了手指的运动学和动力学,为灵巧手的优化设计和控制奠定了基础。     

KINEMATICS ANALYSIS OF GUIDED CHAIN DRIVE MECHANISM WITH LINKAGES

ＫＩＮＥＭＡＴＩＣＳＡＮＡＬＹＳＩＳＯＦＧＵＩＤＥＤＣＨＡＩＮＤＲＩＶＥＭＥＣＨＡＮＩＳＭＷＩＴＨＬＩＮＫＡＧＥＳＷａｎｇＹｉｘｉｎｇＣｈｅｎＥｎｔａｏＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＳｈａｎＢａｏｚｈｏｎｇＣｈａｎｇｃｈｕｎＩ...