基于足端轨迹规划算法的液压四足机器人步态控制策略

设计一种液压四足机器人仿生机构,通过设定相应的坐标系为机器人进行运动学建模,并对行走过程中单腿的相位关系进行了分析。针对行走过程中足端的拖地、滑动和接触冲击等问题,提出一种零冲击的足端轨迹规划改进算法,并实现了步态规划算法设计。步态规划根据步态中各腿间的相位关系,借助四足机器人运动学模型进行逆运动学解算,求出各腿的关节角度函数,利用机构的几何关系得到各液压缸伸缩量控制函数,对试验样机各腿进行伺服驱动控制,从而实现液压四足机器人的步态规划行走。仿真试验结果表明,在该策略驱动控制下液压四足机器人行走过程连续平稳,样机足端轨迹较为平滑,躯干起伏较小,证明了该足端轨迹规划方法用于四足机器人步态设计的合理性和有效性。     

四足机器人轨迹规划及移动能耗分析

步行机器人移动能效率研究有重要意义。针对四足机器人对角小跑步态,对比分析了三种不同足端轨迹的移动能效率问题。将四足机器人的对角小跑步态周期分为摆动相和支撑相,采用D-H坐标法和反变换法进行了腿机构运动学正逆解分析。基于刚体动力学的质心运动定理分析足端接触模型,考虑动态步行中足端与地面间的接触,曲雅可比矩阵建立步行中足端接触力与关节驱动力矩的映射关系,并基于拉格朗日动力学建模法对四足机器人摆动相和支撑相分别进行动力学建模。规划了三种不同足端轨迹,分别为摆线函数、正弦函数和直线函数,对比分析了三种足端轨迹下的运动学和动力学特性。进行完整对角小跑步态周期的能量消耗分析,以移动能耗率为评价指标,对比分析三种足端轨迹的能量消耗,研究四足机器人步高、步距、关节起始角等步态参数对移动能量消耗的影响,为四足机器人的参数优化和轨迹规划提供理论依据。     

四足机器人静步态连续行走策略

为实现四足机器人在平面上稳定、连续行走的行走,避免出现打滑、冲击等现象,提出一种基于walk步态零冲击足端轨迹规划方法。首先运用DH算法推导出单腿的运动学方程。然后采用直线规划支撑腿时足端的运动轨迹,五次曲线规划摆动腿在水平方向上的足端轨迹,摆线规划摆动腿在竖直方向上的足端轨迹。以静态稳定裕度为评价指标,评价了四足机器人在连续行走过程中的稳定性。最后进行仿真实验,实验结果表明,四足机器人可以在水平面上稳定、连续的行走,验证了算法的正确性。     

基于四足机器人稳定性的对角步态规划

四足机器人步态规划的合理性直接影响机器人的稳定性。文中结合虚拟腿、线性倒立摆和零力矩点原理,以占空比为0.5的对角步态为基础,在运动相过渡阶段加入10%周期的四足支撑过程。在支撑相时,用平滑的零力矩点轨迹推导出机器人质心轨迹,从而得到支撑相的足端轨迹;在摆动相时,结合椭圆与三次多项式规划了足端摆动相的轨迹,保证位置和速度的连续平滑性。通过动力学分析软件仿真分析,验证了新步态的合理性。     

四足机器人在直行和转弯下的步态规划研究

针对四足机器人的直行和转弯运动,以爬行步态为基础,分别对其进行了步态规划.提出了协调旋转步态的概念并用于原地转弯中;找出直行步态与原地转弯步态的足端轨迹公共点,通过该点实现了步态的快速迁移并用于四足机器人的弯道转弯运动中;根据对四足机器人的结构设计,建立了四足机器人的虚拟样机;提出了一种新的评价准则——角度余量准则(SA准则),对规划的步态进行稳定性评价,从而找出最优步态.搭建实验平台进行了实验,结果显示,针对直行和转弯的步态规划合理、可行.     

基于Simulink/SimMechanics的四足机器人足端轨迹规划及动态仿真分析

针对四足机器人在行走过程中,因摆动相与支撑相之间相互切换造成的足端与地面冲击、振动的问题,提出了一种基于改进型等速运动与叠加摆线运动复合的轨迹规划方法。首先对摆动相的足端在水平方向和竖直方向进行运动规律规划;然后,运用复合运动的方法规划足端轨迹在直角坐标空间中的运动轨迹方程,从而获得足端在直角坐标空间中的位置、速度、加速度等信息;最后,在Simulink中建立四足机器人的动态仿真模型,以四足机器人的Trot步态为例,仿真分析所提出的轨迹规划方法在笛卡尔直角坐标空间和关节坐标空间中的运动特性。仿真分析结果表明,基于改进型等速运动规律与叠加摆线运动规律复合的轨迹规划方法得到的轨迹曲线平滑连续,与复合摆线运动规律相比,在水平方向和竖直方向上都能较长时间保持匀速,整体运动平稳,此足端轨迹规划方法较理想。     

慧鱼六足仿生机器人步态研究与实现

在仿生学原理的基础上,对六足步行机器人三角步态的行走原理和稳定性进行了分析。采用慧鱼仿生机器人包搭接出六足步行机器人,进行了一系列步行的实验。并对机器人腿部机构中的足端轨迹进行了仿真与分析。结果表明该机器人能够严格按三角步态进行行走,实现诸如直线、转弯、躲避障碍物等行走功能,具有较好的机动性。     

六足仿蜘蛛机器人的结构设计与仿真分析

针对六足机器人运动规划问题,设计了一种六足仿蜘蛛机器人。首先,利用SolidWorks设计了六足仿蜘蛛机器人的机械结构;然后,通过建立六足仿蜘蛛机器人的D-H坐标系,构建了仿蜘蛛机器人行走机构的运动学模型,对机器人的单腿正、逆运动学进行了分析,推导了正逆运动学方程;最后,对几种典型步态进行了分析,运用多项式差值拟合的方法对仿蜘蛛机器人的摆动相及支撑相作了足端轨迹的规划;在此基础上,将SolidWorks模型导入到ADAMS/View中,利用ADAMS对几种典型步态进行了仿真,验证了对其步态规划的正确性。研究结果表明:该六足仿蜘蛛机器人的设计方案是有效的。     

六足机器人的运动仿真研究

介绍了六足机器人直行的步态和轨迹规划方案,使用MATLAB软件建立机器人的逆运动学运算模型,得到机器人各驱动关节的变化曲线。基于ADAMS对六足机器人建立虚拟样机并进行仿真分析,验证了机器人模型、步态和轨迹规划方法的合理性。     

基于最优时间间隔的足式机器人足端轨迹规划

在任务空间进行足式机器人足端轨迹规划时,由于任务空间与关节空间的非线性映射关系会导致关节电机的速度、加速度超限或发生突变,影响机器人的运动平稳性.针对该问题,提出了一种基于最优时间间隔的足式机器人足端轨迹规划算法.首先对任务空间规划出的足端轨迹离散点反解计算得到对应的关节角度,然后以关节角度为约束,以轨迹点之间的时间间...     

多移动机器人协同模式及其倾翻稳定性研究

针对山地果园单个移动机器人爬坡能力不足及稳定性差等问题,提出了一种多移动机器人协同操作的方法。在原有六足机器人结构的基础上增加了用于多机协同操作的连接件,得到了用于多机协同操作的机器人单体。将3个六足机器人单体通过协同操作得到了3种典型协同模式：串行模式、并行模式、三角模式。最后采用稳定锥法对足式移动机器人系统的单体模式及3种典型协同模式在6种典型地形情况下的静态、动态稳定性分别进行了分析。理论分析及仿真实验结果表明：3种典型协同模式间可进行两两切换;在6种典型地形情况下,通过多机协同操作及协同模式切换的方式可提高足式机器人系统的稳定性。     

仿袋鼠跳跃机器人的刚柔混合建模运动步态分析

根据袋鼠柔性脚部的生物结构及跳跃的特点,建立了具有柔性脚的仿袋鼠跳跃机器人刚柔混合模型,并分别对刚性构件系统和柔性构件系统建立子系统动力学模型。结合实例的数值仿真分析结果表明:柔性脚能有助于机器人在着地过程中保持落地运动平稳性,增大起跳时间和调整起跳角度,从而有利于增加起跳速度和跃远度,更符合生物的特征。     

爬壁机器人尖爪型仿生脚掌设计

为了设计出适合爬壁机器人使用的脚掌,对大黄蜂等昆虫的足掌结构进行了研究,同时对几种爬壁机器人脚掌结构进行了对比分析,采用了带有尖爪的仿生脚掌结构。该脚掌利用尖爪实现抓附,并由一根柔索传递驱动力;根据大黄蜂跗节链的运动机理设计了脚掌关节、脚掌跗节和脚掌尖爪,并辅以有限元法对其强度进行计算校核。实验结果表明,该尖爪型仿生脚掌可以实现多足爬壁机器人在粗糙壁面上稳定、可靠地爬行。     

新型轮腿机器人步态规划策略

设计了一种新型步态可切换轮腿机器人。该机器人步态切换机理易于实现且不存在冗余机构,驱动系统置于封闭空间内,可在两栖环境下应用。基于模型控制步态的策略,规划了轮腿机器人的足端轨迹;利用运动学模型分析求解出各关节变量,对步态控制策略进行研究,并利用实验样机验证了基于足端轨迹规划的机器人步态控制策略的可行性。     

地面移动机器人系统的研究现状与关键技术

在总结了地面移动机器人系统的概念、特点、组成结构的基础上,分析了该领域国内外的最新动态及其关键技术,为多运动方式地面移动机器人的进一步设计与开发提供了翔实的信息与参考依据。最后,提出了一种新颖的足轮混合式地面移动机器人系统,根据不同的环境变换轮式运动和足式运动两种运动方式,达到良好的运动灵活性和较高的移动速度的统一。     

基于自适应结构的仿袋鼠机器人脚部研究及设计

根据袋鼠的生物结构特征,建立了仿袋鼠跳跃机器人的刚柔混合模型。利用自适应结构的可控性,将其应用于仿生跳跃机器人领域,来实现跳跃机器人在不同跳跃速度下的脚部轮廓变形以及在跳跃过程中脚部的变形。在SolidWorks中建立自适应结构脚的三维模型,运用拉格朗日方法建立机器人动力学方程,在此基础上,用ZMP法建立其落地稳定性的求解方程。结合实例仿真结果表明:具有自适应结构的变形脚有助于提高机器人在着地过程中的落地稳定性,增大起跳时间和调整起跳角度。     

摆幅可调型足部康复机器人的设计与运动学分析

提出了一种摆幅可调型足部康复机器人。根据踝关节运动方式和足底穴位分布,设计足部康复机器人的整体结构,并且重点介绍了摆幅可调传动机构的运动原理。运用反转法进行传动比计算,采用坐标变换法对机构踏板的位姿进行运动学求解,再通过位置逆解析得到踏板姿态角的运动方程。利用SolidWorks软件对虚拟样机进行运动学仿真,将仿真数据与理论数据对比,验证了理论分析的准确性和机构设计的安全性。最后,对摆幅调节的关键参数进行了分析。     

Planar jumping with stable landing through foot orientation design and ankle joint control

This paper introduces a method to generate the planar jumping motion for biped robot. In this work, through determining the upper body posture trajectory in the flight phase, the foot landing posture is made to be flat while landing. Together with properly designing the trajectory for local center of gravity and the foot landing velocity, the soft landing trajectory is generated. A controller on the ankle joint is added to avoid significant impact with the ground and stabilize the robot after landing. Jumping motion with stable landing is achieved in a dynamic simulation environment based on this method.     

基于气浮方式的空间机器人地面试验平台的设计与实现

本文搭建了以气浮为重力补偿方式、可实现空间机器人在二维平面上的运动的地面试验平台。设计矩形气足,并对气足承载气垫进行有限元分析,建立气垫特性与各相关参数的关系,为设定最佳参数提供帮助。     

基于三维力反馈的仿壁虎机器人单腿运动控制

分析了仿壁虎机器人机构,建立机器人单腿的运动学模型,并通过代数法求逆解.静态标定三维力传感器并计算分析了传感器解耦矩阵,设计了力信号放大和滤波电路.建立足端黏附材料的弹簧模型,采用增量式关节运动方式,设计了足端三维力反馈控制算法.在Quanser的半实物仿真平台上验证了三维力反馈控制算法.实验表明仿壁虎机器人对足端三维力控制性能良好,三维力反馈控制算法可行,为具有力感知的仿壁虎机器人实现爬壁运动奠定了实验基础.