六足机器人横向行走步态研究

以一种新型的多自由度六足机器人机构为对象,研究其横向行走步态,规划一种横向行走的三角步态,并完成了足端轨迹规划和稳定性分析.最后采用Pro/E和ADAMS等软件相结合的方式对六足机器人的样机模型进行运动学仿真与分析,结果证实了该横向行走步态的可行性,为接下来的物理样机实验提供了依据.     

六足仿生机器人越障步态方法研究

在分析六足昆虫运动原理的基础上,提出了一种适合六足仿生机器人越障爬坡的一种步态.针对该机器人需要爬坡的要求对步态进行设计,并且从理论上对提出的"多边形步态"进行了可行性分析.在仿真软件中建立了六足机器人虚拟样机,动态模拟了采用该步态的六足仿生机器人的越障运动.指出利用该种越障步态原理设计思路所确定的机器人具有很好的稳定性以及特殊地形适应能力.     

面向球型障碍物的六足机器人越障步态研究

以多自由度六足机器人为研究对象,针对球型障碍物的模型特点,研究其爬越球型障碍物时的行走步态,以找到一种适合的越障步态并分析越障时的稳定性。在仿真软件中建立虚拟样机模型,动态模拟对球型障碍物的越障运动。模拟结果表明：在该行走步态下控制的六足机器人能平稳地爬越球型障碍物。     

六足步行机器人的步态规划及运动学分析

主要对六足步行机器人进行步态规划和运动学建模,规划了六足步行机器人的直行步态和足端轨迹.基于MATLAB软件建立机器人的逆运动学模型,生成机器人步行时各个驱动关节的变化曲线.通过在六足步行机器人的实验平台上模拟机器人的实际运动状态得到机器人步行时的轨迹曲线,分析了机器人的步行性能,验证了步态规划的可行性和运动学方程的正确性.     

四足宠物机器狗动态步行规划与仿真

以四足宠物机器狗爱赛比为研究对象,分析机器狗步行机构组成,建立关节结构模型,根据仿生学原理对四足机器狗的对角线一致的步态运动进行了分析与规划,利用Matlab对步态规划进行了仿真并采用关节控制器验证了对角线一致的步态运动分析与规划的正确性。步态规划为四足机器人实现高速行走提供了一种可行的方法。     

六足步行机器人定半径转弯步态

将三角步态应用于六足步行机器人定半径转弯步态中,提出基于三角步态的定半径转弯步态规划方法,简化了六足步行机器人转弯步态.将利用重心直线段轨迹跟踪定半径圆轨迹的方法运用到六足步行机器人的定半径转弯步态中,提出基于稳定性约束和腿运动约束条件下的六足步行机器人最大转弯角度的求解方法.在六足步行机器人定半径转弯步态中,对于2组腿分别作为支撑腿转弯时,采用不同的转弯角度从而有效地利用机器人转弯过程中每步的转弯能力.利用MATLAB和ADAMS软件对基于三角步态的六足步行机器人定半径转弯步态进行仿真,仿真结果验证了提出的转弯步态规划方法的正确性.     

基于能耗优化的六足步行机器人力矩分配

针对步行机器人的节能需求,提出以降低系统能耗为目标的六足步行机器人力矩分配算法.通过建立六足步行机器人的运动学模型和改进的波浪步态模型,提出六足机器人足端脚力分配问题.在分析机器人的平衡条件并结合摩擦约束的基础上,建立机器人足端脚力的约束方程.利用机器人的动力学模型,得到机器人足端脚力约束方程与关节力矩约束之间的变换关系.在考虑直流电机的有效功率和热损耗的基础上,通过求解线性等式与不等式约束下的二次规划问题,对各关节力矩进行优化分配.通过与传统的以内力平方和最小化为优化目标的脚力分配方法相比较证明,在合适的步进速度和步态占地系数下,机器人采用新的力矩分配方法时能够节省系统能耗22%～39%.     

基于能量和角度不变相结合的双足机器人控制

为了提高欠驱动双足行走机器人被动行走步态的稳定性,扩大极限环收敛域及增强对干扰的抑制力,提出了一种角度不变和能量控制相结合的方法.通过角度不变控制使机器在不同倾斜角度的地面产生稳定步态;通过能量控制方法扩大机器人行走步态极限环的收敛域,并采用一个可调整的非线性函数在线调整能量控制器的增益.通过仿真曲线分析总结了当斜坡角度变化时极限环、步态曲线和能量曲线的变化规律.仿真结果表明,该方法既能扩大极限环的收敛域,又能增加系统对地面斜坡变化的鲁棒性.     

气动柔性关节六足机器人结构设计与步态实验

采用自主研发的气动柔性关节,研制了一种地面移动六足机器人,能够实现前后、左右移动和转动等功能.重点研究了柔性关节六足机器人腿部结构、关节的运动原理和行进步态.搭建了试验台,通过高速摄像等实验手段,验证了机器人步态规划的合理性.为气动柔性关节六足机器人在实践中的应用,提供了理论与实践基础.     

适合航行的六足仿生机器人Spider的研制

研制了一种新型六足仿生机器人Spider,应用于复杂地形环境中的自主步行。设计了具有全方位移动能力的机器人本体结构,并基于灵活度评价函数对结构参数进行了优化;以ARM芯片为主控制器、FPGA芯片为协控制器构建了机器人硬件控制系统;实现了一种基于功能-行为集成的步行控制器,用于生成静态稳定的自由步态。仿真和实验结果验证了六足机器人的崎岖地形全方位自适应步行能力。     

气动柔性六足机器人定半径转弯实现方法与稳定性

针对气动柔性关节仿生六足机器人提出基于三角步态和重心轨迹跟踪法的定半径转弯步态规划方法。采用预设机器人步态转角和转弯半径逆向建立转动过程中机器人重心轨迹模型,获得机器人足部的落足点位置,并进行了机器人重心轨迹仿真,研究了重心规划轨迹与理想轨迹的偏离误差。根据静态稳定裕度模型建立了最大步态转角模型,并以此作为判据分析机器人定半径转弯步态规划的稳定性。利用三维运动捕捉系统进行了机器人定点和定半径转弯性能实验,获得了不同步态转角和转弯半径下机器人的转弯性能,验证了转弯步态规划方法的正确性。该机器人动作灵活,可实现任意半径转弯,当规划步态转角小于最大步态转角时机器人转弯过程行进平稳。     

三角步态下六足机器人运动分析

为实现以关节转角和转速的角度分析三角步态下六足机器人的运动,降低运动过程中支撑相足末端相对距离的波动,在仿MorpHex六足机器人虚拟样机的基础上,本文根据运动学理论,推导六足机器人足末端的空间坐标变化规律,通过对三角步态下六足机器人位姿的分析,获得运动约束条件,推导出不同足关节转角关系。以角速度离散化的方法处理足末端位移差,通过Matlab求解离散后各个关节转角速度及离散前后支撑相足末端的相对距离波动,在ADAMS软件中,模拟两种不同环境下六足机器人运动情况,并得到六足机器人的运动位移曲线,通过分析位移曲线,六足机器人关节转角和转速的规划方法可用于虚拟样机。该研究为六足机器人实现简单运动提供理论参考。     

欠驱动双足步行机器人动力学建模与稳定性分析

对具有膝关节的欠驱动双足行走机器人的被动行走步态进行了建模与数值仿真,分析了该模型被动行走步态的动态过程及机器人质量分布的优化配置问题,通过大量的仿真,验证了所选参数的合理性.通过建立具有膝关节自由度的被动步态模型,揭示双足行走的动态特性,能对欠驱动双足步行机器人原型机的机械设计提供参考.     

单曲膝行走步态对下肢力学、肌肉力和肌肉激活度的影响

单曲膝行走步态是人体某一条腿受伤后的主要行走步态,针对目前关于单曲膝行走步态下的下肢运动生物力学特性研究较少的问题,本文对单曲膝行走步态对下肢的运动学、动力学、肌肉力和肌肉激活度的影响进行了研究。利用FAB无线运动动作捕捉系统及力学评估系统采集下肢运动的相关数据,将在正常行走步态和单曲膝行走步态下采集到的数据作为驱动数据输入3-D人体模型,并结合建立的下肢运动学、动力学和肌肉力模型进行分析单曲膝行走步态和正常行走步态下的生物力学特点的差异。研究结果表明:与正常行走步态相比,在单曲膝行走步态下,下肢关节角的运动范围减小;在步态周期的早期,除髋关节屈伸外,各关节的驱动力矩均显着增加;在步态周期的后期,膝关节和踝关节的驱动力矩显着降低,且半膜肌、半腱肌、股二头肌、长内收肌、臀大肌、髂肌、腰肌、股四头肌、股直肌和胫骨前肌的肌肉力和激活度增加明显,但比目鱼肌和胫骨后肌的肌肉力和肌肉激活度减小。研究结果增添了在单曲膝行走步态下下肢的生物特征数据,并为康复医疗技术和下肢康复设备的开发提供了数据。     

面向舞蹈机器人步态控制的膝关节参数粒子群优化

面向舞蹈机器人中常见的行走动作,模仿人类的行走行为,构建舞蹈机器人腿部模型,并设计机器人步态与被模仿者步态的跟踪优化函数,利用粒子群优化方法对步态模型中的膝关节的控制参数进行优化.根据仿真结果,该方法能够在符合机械结构要求的情况下,实现舞蹈机器人对人类步态行为的模拟,达到了良好的步态控制目标,方法可行有效.     

HT—1关节型四足机器人的计算机分层系统结构

提出HT-1关节型四足机器人的计算机分层系统结构方案。第一层是开发层,用来开发四足机器人步态控制软件以及步态仿真系统;第二层是执行层,用来对四足机器人各关节进行并行控制,使机器人仅在执行层控制下行走。这对四足机器人专用计算机减轻重量,小型化具有重要意义。     

基于CPG控制的六足爬壁机器人自主越障研究

针对基于混沌CPG(central pattern generation)模型控制的六足爬壁机器人在幕墙上自主越障爬行的问题,本文提出了一种融合障碍探测模块、位姿调整模块以及简单神经环路混沌CPG的运动控制方法,并根据幕墙障碍特点和由传感器采集到的机器人方位信息及障碍距离信息,设计了合理的越障策略。实验显示该机器人可据环境自主切换三足行进步态、四足越障步态和五足原地旋转步态,并能够调整重心与幕墙间的距离以增加稳定性,最后完成了机器人在幕墙上自主爬壁和越障。     

基于奖励引导的六足机器人自主步态学习

为提高机器人自主学习能力,提出一种基于奖励引导的机器人自主步态学习算法.首先给出自主设计的机械式步态同步六足机器人的机械结构,其独特的多层钢堆叠腿部设计方案和特有的机械同步传动方案为机器人后续步态学习研究奠定良好基础;接下来提出一种基于奖励引导的机器人步态学习算法,该算法可以让机器人在未知环境中进行技能学习;最后,在MATLAB和ADAMS联合仿真平台上进行算法验证实验,实验结果显示以速度和高度分别为主评价指标会呈现出2种合理的收敛结果,且在该算法下六足机器人可以自主学习到翻越木块的高难度技能.     

基于上体模型的被动步行机器人行走稳定性

针对被动步行机器人行走稳定性对自身参数的高敏感性问题,通过建立具有上体的匀质圆规步态模型,分析上体质量与高度对机器人行走稳定性的影响,获得机器人结构参数的优化配置.运用Lagrange法与角动量守恒原理构建机器人被动步行的动力学模型,基于对模型步态收敛域与外界扰动的准确表达,并将全局稳定性分析与局部稳定性分析相结合,对模型进行初始参数优化配置,并据此建立Proe样机模型.通过对单次与连续外界扰动下不同样机模型步态的自身调节变化进行分析,最终获得模型参数的最优化配置并进行了合理性分析.不同样机扰动试验结果说明,上体的引入可以增大机器人的步态收敛区间,合理的上体参数配置才能显著提高机器人行走的稳定性与鲁棒性.     

欠驱动步态行走机器人基于反相同步的脉冲控制策略

对机器人行走的一类混沌步态进行了修正并设计了新的运动模型,首次应用了机器人行走的反相同步控制方法,将机器人足底的碰撞等效为地面的脉冲作用力,使其产生新的对称步态。应用脉冲控制的方法实现对机器人行走步态的稳定控制,使机器人的混沌步态迅速收敛,从而实现稳定行走。仿真结果验证了算法的有效性。