蛇形机器人抬头运动分析

蛇形机器人需要抬头运动来获得环境信息。本文将蛇形曲线的蜿蜒运动步伐函数作适当改进后应用到蛇形机器人的抬头运动中,实现了蛇形机器人的动态抬头规划,并建立了动力学方程,对抬头运动的动力学作了分析。对抬头过程中ZMP的分析证明了运动规划的有效性。最后用仿真和实验验证了所提出的理论。     

基于Canfield型关节的蛇形机器人运动仿真研究

应用虚拟机器人实验平台(V-REP)构建了一种基于Canfield关节型的运动机构,通过动力学仿真添加关节角度约束对其运动空间轨迹进行了观察与分析。利用该Canfield型机构作为关节模块组建成了蛇形机器人,并对该类蛇形机器人关节运动生成的蜿蜒、转弯和伸缩步态进行了实验研究和分析,为该类蛇形机器人设计提供了可行性。     

水下蛇形机器人机构设计及蜿蜒游动研究

仿效自然界蛇在水中的蜿蜒游动,设计了适于水中蜿蜒游动的蛇形机器人样机,并运用蛇形曲线对其蜿蜒游动进行实验研究。首先对蛇形机器人在水中的受力情形进行了分析;其次通过蛇形曲线控制蛇形机器人实现蜿蜒运动,并用依据样机搭建的动力学模型对蛇形机器人蜿蜒游动性能进行了仿真研究;最终对比分析了蛇形机器人在水中蜿蜒游动性能实验与动力学仿真中蜿蜒游动性能试验,验证了建模的必要性,为蛇形机器人的实用化提供了理论技术依据。     

蛇形机器人的设计及摩擦力对其运动性能影响的分析

为使蛇形机器人的结构和运动形式能够适应各种复杂环境,研究了蛇形机器人运动性能与环境的关系及其运动控制,设计了一种单被动轮为接触面的正交串联蛇形机器人,分析了蛇形曲线参数对其运动的影响,通过实验研究了摩擦系数对其运动步态的影响,得出了蛇形机器人的前行速率随蛇形曲线参数α的增大而增大,随摩擦系数μ的增大而减小的结论,以及蛇形曲线步态参数的调节策略。     

蛇形机器人水中上浮下潜运动仿真研究

根据水下环境特征,研究蛇形机器人在水中三维空间的运动步态.基于虚拟机器人实验平台(V-REP)动力学仿真软件搭建了具有垂直和水平关节的蛇形机器人模型,在蛇形曲线生成蜿蜒运动的基础上,采用逐节升降法实现了水中的上浮下潜运动步态.分析了蛇形机器人在水中运动过程中的位态、受力、关节力矩及运动效率的状况,为蛇形机器人水中运动的实用化提供数据参考,同时验证了逐节升降法实现蜿蜒下潜上浮的有效性.     

蛇形机器人平面运动控制方法的研究

介绍了蛇形机器人实现转弯运动的一种新方法——幅值调整法,并用实验验证了该方法。选取位移传感器安装到蛇形机器人的一个单元上,来测量侧向滑动距离和偏转角度。综合幅值调整法和传感器信息,提出了蛇形机器人自主运动控制规律。最后给出计算机仿真结果。     

基于GPS的蛇形机器人导航方法

将GPS技术应用于蛇形机器人自主运动控制。根据蛇形机器人的基本运动方式,针对其现有的前进、后退、近似角度转弯等运动特点,提出了一种适用于该种蛇形机器人的自主移动算法,即用蛇头运动的方向近似看作蛇体运动方向。通过仿真验证了该算法的有效性,能够使蛇形机器人自主地到达目标点。     

水下蛇形机器人的滑翔运动性能研究

结合水下滑翔机在海洋中的较强续航能力,以及蛇形机器人在水中的良好机动性能,研制了一种具有两者特性的新型水下滑翔蛇形机器人,它具有水下滑翔机续航时间长、航行距离远,以及水下蛇形机器人机动性强、运动灵活的运动特性。对该水下滑翔蛇形机器人的滑翔运动性能进行了试验研究。首先对水下滑翔蛇形机器人的运动原理及关节结构进行了设计分析,其次对机器人的硬件及控制系统进行了结构分析,而且根据动量定理和动量矩定理,对机器人的滑翔运动方程进行了推导,并化简到垂直平面。最后对平衡状态进行了仿真分析,对机器人的运动能力进行了试验验证。试验结果验证了水下滑翔蛇形机器人机构的有效性。     

蛇形机器人的翻滚运动及其越障研究

提出了一种新型蛇形机器人机构。该机构既可以实现平面运动又可以实现空间运动。建立了其空间运动学模型并实现了空间翻滚运动。实验结果表明：翻滚运动不需依靠模块与地面之间动摩擦力方向差来实现驱动，而是通过模块与地面之间静摩擦力和互相垂直的两个运动平面内异相波的相互作用产生驱动力。翻滚的方向和姿态由两个波形曲线的相差和传播方向决定。利用翻滚运动．实现了少模块数蛇形机器人的越障运动．     

基于相位调整法实现蛇形机器人避障功能的研究

为了提高蛇形机器人在实际环境中的实用性,研究了蛇形机器人的避障功能,并提出了一种基于相位调整的蛇形机器人避障方法。该方法用安装在蛇形机器人头部的红外避障传感器模块检测前方是否有障碍物,若有障碍物,则用相位调整法改变蛇形机器人每个关节的步态相位来控制蛇形机器人的蜿蜒运动以实现转弯,从而避开障碍物。而且应用红外传感器来感知障碍物的几何特性,若感知到大型障碍物,机器人蜿蜒运动行进采用顺障策略实现避障功能,若感知到小型障碍物,采用绕障策略。该研究可为推进蛇形机器人的实用化提供技术储备。     

基于增强式学习的仿生机器鱼避障控制

研究了仿生机器鱼的自主避障控制,提出了一种集成超声和红外传感器的仿生机器鱼系统设计方案,为机器鱼安装了3个超声传感器和3个红外传感器.针对此仿生机器鱼系统,提出了一种基于增强式学习的仿生机器鱼自主避障控制策略,给出了状态集和行为集,采用当场奖励和延时奖励相结合的方法,通过学习获得了有效的状态行为组合.仿真实验验证了学习结果的有效性.     

蛇形机器人伸缩运动性能研究

为研究蛇形机器人常用的典型步态——伸缩运动的性能与不同摩擦系数环境的关系,分别用单向被动轮和双向被动轮设计正交串联蛇形机器人地面接触机构。通过蛇形曲线公式控制蛇形机器人垂直关节节律实现伸缩运动。通过实验得出了摩擦系数对单向被动轮和双向被动轮接触面型蛇形机器人伸缩运动步态的影响及对应的蛇形曲线参数的调节策略。     

一种动态环境下的移动机器人避障策略

以激光雷达作为主要的环境感知传感器,针对动态环境设计了一种移动机器人避障策略.根据激光雷达采集的实时环境信息,检测动静态障碍物并建立障碍物链表.采用底层反应式避障和高层动态避障相结合的策略,实现了动态环境下的避障.使用分布式的软件设计方法,提高了系统的实时性.通过自行研制的移动机器人MORCS-1进行了实验,实验结果验证了该策略的有效性.     

基于consensus的人工势能场在足球机器人避障中的应用

在分析足球机器人路径规划方法--人工势场法不足的基础上,将基于consensus的人工势能场的新方法应用到机器人避障中.为了避免传统人工势场中导航函数方式的缺点,引入一与运动方向垂直的回转仪的力来代替排斥力.为了避免由障碍物引起的运动奇异性,引入一制动力,使足球机器人减速以便有足够的时间转弯,可以进行很好的避障.利用consensus算法来获得优化的势能场函数,解决足球机器人导航和避障问题,并能达到时间最优和轨迹最优的目的.仿真结果表明该方法能够快速准确地进行避障,且路径比较平滑.