基于足地接触力跟踪的单足机器人弹跳运动控制

为了使足式弹跳机器人在运动中避免由于地面接触刚度的变化对弹跳运动产生的影响,首先建立了单足弹跳机器人在弹性地面条件下的运动简化模型,进而分析了地面弹簧刚度变化对机体重心运动轨迹以及着地相中足地接触力的影响。采用足地接触力补偿控制的手段,通过主动控制单腿的伸缩,使模型中弹簧系统的足力输出与期望保持一致,消除了地面刚度变化对机体运动的干扰。利用仿真实验表明了控制方法的可行性。     

一种高效的多足机器人足端力分配计算方法

多足机器人在移动过程中存在足端力多解问题,首先归纳了求解该问题的两种方法,即伪逆法和优化法,指出两种算法各自存在的问题,然后提出了一种新的力/力矩分配算法,推导了以动力学方程为基础的计算模型。以六足机器人三条腿支撑情况为例比较了三种算法的优劣,计算结果表明新算法用时短,所得分配方案使机器人行走时能耗小,是一种高效的足端反力的求解方法。     

重载夹持装置接触力的封闭性

对钳口欠约束的重载锻造操作机夹持机构的结构特点进行分析,指出重载夹持装置夹持接触力的封闭性及优化计算的重要性和困难性。在比较分析重载夹持操作和多指手抓取作业的力封闭性特点基础上,将重载夹持装置的钳口与锻件接触界面之间复杂的分布式动接触作用等效为接触约束区合成的集中力的摩擦点接触模型,基于BUSS等发现的摩擦点约束与正定对称矩阵的等价性,研究重载夹持装置的力封闭性判别方法。结合重载夹持接触的特点,对动态作业过程中满足力封闭条件的夹持接触界面的等效合力接触点位置进行搜索,并采用线性约束梯度流的迭代优化算法实现对钳口接触力的优化和所需最优夹紧力的计算。仿真和试验结果的比较分析表明计算方法的有效性。     

下肢外骨骼伺服电机驱动控制方案设计

介绍了可穿戴式下肢外骨骼运动总体控制方案.针对人体髋关节和膝关节运动机理,采用了盘式伺服电机驱动二自由度下肢外骨骼模拟人体下肢摆腿运动控制技术来提高关节运动的响应性能,同时利用4个三维力传感器分别测量人大腿和小腿与外骨骼相互作用力,可用于外骨骼人主机辅控制模式算法设计中.在外骨骼2个关节处利用编码器获得关节角度、角...     

下肢康复外骨骼机构人机约束力分析

下肢康复外骨骼机构与人体下肢之间连接关节轴线分布的不同会对人-机约束力产生不同的影响,从而可能会影响外骨骼机构在使用过程中的安全性和舒适性。基于螺旋理论,对人-机闭链中刚体骨骼模型的大腿构件、小腿构件以及与其相连的外骨骼机构连杆分别进行了受力分析,求得外骨骼机构对人体下肢在连接位置处的约束力和约束力矩。分析了不同方向的人-机约束力对穿戴过程中安全性和舒适性的影响,并给出了一个数值算例,比较了胡克铰两种轴线分布情况下人-机约束力的变化规律,为外骨骼的结构设计提供一定的依据。     

一种民用机械外骨骼助力装置的设计

通过人体结构力学分析,设计了一种民用机械外骨骼助力装置。该装置是一种通过传感器控制液压系统驱动机械装置运动的、模拟人体运动的机电液一体化的助力装置,可降低人在高负重运动时所消耗的能量、提高人体负重上限,可应用于建筑工地、搬家公司、物流搬运等领域以减轻工作人员的负载。     

基于能耗目标优化的多足爬墙机器人足力控制研究

针对多足爬墙机器人高空极限作业时需解决的能耗问题,提出了基于能耗性优化的多足爬墙机器人足力控制方法。以八足爬墙机器人为例,从机器人作业的安全性和能耗性角度描述了多足爬墙机器人的足力优化模型,实现了多足机器人的关节驱动力和足底接触力的转换,有效地减少了优化变量的数量,简化了优化的计算。通过分析多足爬墙机器人的关节驱动力约束和动力学约束,建立了机器人总电机功率与机器人运动步态及作业环境(包括攀爬角度与吸附平面的粗糙度)的关系。并综合考虑了爬墙机器人吸附安全等特殊性,对机器人的足底接触力进行优化,提高机器人对环境变化及支撑腿数量变化的适应能力,降低关节驱动电机的能耗,实现了机器人电机总能耗最小化的目标。实验仿真结果证明了所提出的控制方法简单可行。     

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。     

外骨骼式多指测量机器人研究

提出了一种新的外骨骼式多指测量机器人，用于对舱外航天服手套力学特性测量。本文设计的基于平行四边形连杆的外骨骼式机械手指，机械刚度大，指节长度根据需要可调节，能够围绕航天服手套实现包络运动且可实现双向驱动。根据机械手的结构特点,建立了其运动学模型。在手指动力学基础上设计了鲁棒μ控制器，分析了系统的模型不确定性，将负载动力学作为系统的反馈不确定，建立了合理的被控对象标称模型，轨迹跟踪实验表明μ控制器能够抑制干扰对机器人系统的影响，使系统具有鲁棒的稳定性和性能。测量实验表明外骨骼式多指机器人人系统的可靠性和测量原理的正确性。     

下肢外骨骼行走康复机器人研究与设计

外骨骼机器人是一种可穿戴在操作者身体外部的一种机械装置,提供保护、身体支撑和运动等功能。文中设计了一种外骨骼行走康复机器人,该外骨骼康复机器人单下肢具有3个自由度,利用较少却必须的自由度来实现行走,降低了机构的复杂程度,提高了装置的效率,借助此外骨骼辅助患者摆脱轮椅站立起来并行走,通过采集拐杖与地面的接触信息来控制膝关节和髋关节的屈伸运动,从而帮助患者实现跨步。     

外骨骼机器人发展趋势研究

外骨骼机器人实质上是一种可穿戴机器人,它将人的智能与外部机械动力装置的机械能量结合在一起,可以给人提供额外的动力或能力,增强人体机能。近年来外骨骼机器人的研究开发已经成为一个新的热点,并在军事、科研、工业生产和日常生活中逐步得到了广泛的应用。随着科技的发展,外骨骼机器人技术也在不断发展与创新,具有广阔的应用和发展前景,其发展趋势也将紧随科技创新的步伐。     

可穿戴外骨骼机器人的发展现状与应用研究

论述了可穿戴外骨骼机器人的概念、原理、特点等,总结了国内外技术研究现状,重点介绍了国内外4款典型装备的特点。同时,对可穿戴外骨骼机器人领域涉及的关键技术,即新型传感元件、执行元件、控制技术、动力单元、新型材料、安全性和个体差异适应性等,进行了综合分析,为可穿戴外骨骼机器人的潜在应用提供了研究思路。     

步行机攀登横杆的受力模型及分析

针对４足步行机器人的横杆攀登过程，在考虑弹性变形的基础上利用刚度矩阵建立其受力模型，并通过计算机仿真对攀登过程的不同情况进行了分析，其结果为具有攀登功能的步行机构结构设计及控制算法确定提供了理论依据。     

新型多自由度足力测试装置设计

介绍了一种新的六自由度足力测量装置的结构.首先描述了测试装置的硬件结构,然后运用坐标变换等数学工具,根据点在平面上的投影确定了移动体在空间的位移,并通过刚度矩阵,给出了该装置的数学模型及六维力向量的信息获取方法.试验结果表明,该装置方案可行,结构合理,数学模型正确,刚度矩阵的标定能满足精度要求,基本上达到了使用程度.     

接触测量中的微探球力变形研究

随着微纳米测量系统中测头微探球尺寸的不断减小和测量不确定度要求的不断提高,测力所引起的力变形误差对测量系统不确定度有着不可忽略的影响。根据Hertz理论,构建了微探球与工件接触时的接触模型、微探球与试样力变形模型,给出了最大允许测力估计方法和力变形计算方法。以现有的3种微纳米三坐标测量机微探球为参考,分别估计了允许最大测力及引起的力变形。结果表明,对于纳米量级测量不确定要求,接触式测量中微探球的受力变形误差是不可忽略的。     

基于计算力矩的助行腿机器人神经网络补偿控制

在建立“机器主动”训练模式时助行腿机器人在跑步机上的步行动力学模型的基础上,设计了基于计算力矩加PD反馈的神经网络控制系统,并采用Lyapunov方法分析了控制系统的稳定性和收敛性。通过虚拟样机协同仿真平台进行了控制系统的仿真实验和样机系统测试验证,结果表明,该控制方法有效地消除了系统建模误差影响,提高了助行腿机器人轨迹跟踪能力。      

上肢外骨骼机器人的阻抗控制与关节试验研究

外骨骼机器人穿戴于人体上,可以作为一种助力、增强或者交互的工具,应用于康复、遥操作等领域。针对上肢外骨骼机器人的人机交互控制问题,提出一种上肢外骨骼机器人的阻抗控制模型,并建立了一体化关节的动力学模型,详细设计了单关节的阻抗控制方法。基于外骨骼机器人在人机交互控制中的随动任务特性,设计了基于力的阻抗控制方法以及基于位置的阻抗控制方法。针对阻抗控制模型为二阶系统的特点,提出了阻抗控制参数优化分析的方法。建立了单关节阻抗控制的数值仿真模型,通过仿真试验分析了惯性参数、阻尼参数、刚度参数以及人机接触刚度对阻抗控制性能的影响。开展了单关节系统的阻抗控制硬件试验。试验结果表明单关节系统的触碰检测、重力补偿以及阻抗控制均可实现,并且操作者与关节系统可以实现协同运动。