模块化多足步行机器人的运动控制系统研究

为解决机器人对复杂多变的环境适应性不强的问题，研制了模块化的多足步行机器人系统。针对模块化多足步行机器人的机构特点，设计并实现了一种位于机器人模块化控制体系底层的基于CAN总线的运动控制系统。采用微处理器、专用的运动控制和驱动芯片以及光电编码器实现了机器人关节的伺服闹环运动控制；采用CAN总线作为模块问的通信接口，有效地支持了多关节实时控制。提出了一种具有3层抽象结构特点的可扩展的软件体系结构，为运动控制系统提供模块化支持。实验验证了运动控制系统软硬件的可靠性和有效性。     

足式教学机器人的模块化设计

为了使教学机器人具有开放式、可重构的结构,以满足教学需求,根据模块化设计的原则对足式教学机器人进行了模块划分和模块化设计,使各模块构成的整体结构能协调运动,使之能适应不同的教学环境,完成多变的动作任务,激发学生的创造力以及对机器人知识的浓厚兴趣和热情。     

仿生四足机器人控制系统设计

针对某仿生四足机器人的运动特点和功能要求,采用多个微控制器组建了一种结合了分层式控制系统和分布式控制系统优势的复合式控制系统。设计了以决策控制器、步态生成器和执行驱动器构成的三层式硬件系统及相应的外设接口,并采用模块化的设计思想开发了相应的系统软件。从而构成了一套体积小、功耗低、集成度高、实时性好的硬件控制系统平台。在该控制系统中,通信模块应用双口RAM技术及CAN总线网络实现各层之间实时有效的信息传递。最后,分别进行了CAN总线通信测试实验和电机控制性能测试实验。实验结果表明,该控制系统工作性能稳定、信息读取可靠、动态响应快捷,能够很好地满足仿生四足机器人的运动控制要求。     

六足机器人模块化结构设计

为实现性能优越而结构简单的六足移动设想,通过对六足机器人进行步态和传动结构特征的分析,提出了六足机器人模块化结构设计方案,并利用Solidworks完成了各模块及机器人的整体构型。最后,对其结构特征进行了分析,论证了该六足机器人的特性和优势。研究结果表明,该模块化结构设计方案有助于推动六足机器人的广泛应用。     

凸轮控制驱动式四足机器人控制系统设计

采用主从式控制模式,研究了凸轮控制驱动式四足机器人的控制系统.简要介绍了四足机器人的机械系统,包括行走系统和转弯系统,分析了凸轮控制驱动的参数原理.在此基础上,采用主从式控制方式,设计了四足机器人的控制系统.分别从控制函数原理、硬件结构和软件结构三方面,重点讨论了以8051单片机为控制器的行走机构和转向机构的控制系统设计.     

基于Solidworks可重组模块化并联机器人CAD系统开发

介绍了在VB集成开发环境下开发基于SolidWorks的可重组模块化模块化并联机器人CAD系统的全过程.利用此系统,用户只要输入基本的构型参数即可快速地实现3至6自由度对称和非对称平面式、立方体角台式、球面式、台体式等多种类型的并联机器人的统一模块化重组.因此不仅实现了多自由度多构型空间并联机器人三维模型参数化设计,更为空间并联机构可重组和型综合提供了一种快速、有效的方法.     

基于GPS的足轮组合式野外探测机器人设计

针对野外复杂环境,结合腿足式行走和轮式行走机器人的优点,设计了一套足轮组合式探测机器人的控制系统,实现了腿足模式和轮式模式的切换。通过分析"六足纲"昆虫各腿的协调关系,提出了六足机器人的三角步态行走法,并在此基础上对足轮组合运动模式进行了分析,建立了足轮组合式机器人的运动模型和控制理论。设计的机器人能够完成实时环境视频采集,在四轮模式下的前进、后退、左转、右转,六足模式下的前进、后退、左横行、右横行、左转、右转,以及机器人的跟踪定位等功能。     

四足机器人仿生腿结构特性及其控制系统研究

针对四足机器人整机对单个支撑腿的要求,对机械腿结构特性和控制系统展开研究。基于对四足动物腿部生理结构分析,提出具有两个主动关节和一个被动关节的四足机器人仿生腿结构,并完成运动学特性分析。通过分析仿生四足机器人控制系统功能与性能要求,提出具有开放性、模块化和结构紧凑特点的仿生四足机器人控制系统方案,基于DSP设计并实现仿生腿控制系统。实验证明仿生腿结构合理,控制系统稳定可靠且具有良好的扩展性,仿生腿系统可作为下层模块集成到仿生四足机器人系统。     

足式机器人轻量化液压油源匹配设计方法研究

液压油源是足式机器人液压驱动系统的核心供能元件,将电能产生的机械能转化为油液的压力能,为驱动机器人各关节运动提供动力源。液压油源质量一般占据足式机器人整机质量超过20%,实现油源的轻量化,将有助于提升足式机器人的续航能力、机动性和承载能力。传统液压油源设计过程中更关注性能,在轻量化匹配设计方面还有待进一步完善。首先进行足式机器人轻量化液压油源的原理设计;其次将液压油源以功能为依据进行模块划分,分析液压油源各模块质量影响参数;针对质量与体积占比较大的电机泵进行匹配研究,针对蓄能器模块进行参数轻量化分析;针对集成阀块的轻量化设计,研究流道构建与元件排布原则;成功研发一种轻量化液压油源样机;最终形成了一种足式机器人轻量化液压油源匹配设计方法,有助于实现足式机器人液压驱动系统的轻量化。     

一种足式移动机器人的混合视觉伺服控制方法

针对一种配有单目相机的足式移动机器人,提出一种基于图像单应性的混合视觉伺服方法,利用单应性矩阵中的元素构造状态变量估计估计机器人相对位姿,使机器人在缺乏深度信息的情况下可准确到达目标位姿。相较于轮式移动机器人,在足式机器人移动过程中,足式机构的间歇性运动直接影响机器人视觉反馈过程和伺服控制系统的准确性和稳定性。为解决这一问题,通过分析足式机构运动学并建立足式机器人移动速度与电机转速的映射关系,使控制器可以更准确地调整机器人运动速度。考虑到足式机构运动对视觉反馈环节的影响,提出一种改进型自适应中值滤波算法提高位姿估计精度。伺服环节设计了滑模控制器,并采用李雅普诺夫方法证明了控制系统的稳定性。最后,利用CoppeliaSim软件搭建足式移动机器人虚拟模型,通过仿真验证了所提出控制方案的可行性与有效性。     

虾蛄眼视觉系统特点及研究进展

脚足类动物（虾蛄）是一群掠食性海洋甲壳类动物,它们的眼睛拥有动物界中最复杂的彩色视觉系统,在视觉方面具有先天优势。凭借其丰富的光谱敏感度、线偏振以及圆偏振识别等诸多优点,受到广泛关注。总结虾蛄的复眼结构及功能,同时介绍虾蛄眼的仿生研究及相关应用,最后对虾蛄眼仿生应用领域面临的挑战及有待进一步拓展的方向进行展望。     

仿生水下机器人研究现状及其发展趋势

仿生水下机器人以其高度灵活性及逐渐智能化的特点,成为近年来机器人领域研究的热点。仿生水下机器人按照模仿水下生物的运动方式可分为:仿鱼水下机器人、仿多足爬行动物水下机器人和仿蠕虫水下机器人。文中具体地阐述了这三类中具有代表性的仿生水下机器人的特点。随着科学技术的发展,仿生水下机器人在智能材料制成的驱动装置、游动机理方面会不断地完善,在个体的智能化和群体的协作方面也会有很大的发展。     

融合可拓学与多层次知识建模的仿生原型获取

针对仿生原型获取过程中存在的问题,构建融合可拓学与多层次知识建模的总体框架实现模型。描述产品-生物系统多层次语义关系。基于可拓基元理论及形式化的描述方法,构建产品系统功能-原理-行为-结构（Function-principle-behavior-structure,FPBS）和生物系统结构-动作-策略-功能（Structure-action-tactic-function,SATF）实例元本体可拓模型。建立产品FPBS和生物SATF映射关系模型。根据基元拓展性,建立产品-生物两系统的实例元可拓集。在相关可拓集中,引入基元相似度计算方法。借助于两系统各层次间的相似性来搜索仿生原型,再利用可拓综合评价方法进行仿生原型优选。以滤网式过滤器为例,以验证所构建的总体框架实现模型的可行性与有效性。     

欠驱动柔性胸鳍仿生设计及仿真

为了进一步提高咽颌运动模式鱼类胸鳍仿生机构的性能,以实际鱼类胸鳍的结构和驱动控制机理为基础,采用欠驱动技术设计了一套新型的柔性胸鳍仿生机构,建立其运动学和动力学模型,并采用Matlab对其性能进行了仿真分析。从仿真结果来看,所建立的新型柔性胸鳍仿生机构及其运动学、动力学模型是合理、有效的。它不但能够较好的模拟胸鳍的各种操纵运动,而且减少了驱动装置的数量,降低了系统的复杂性。从而为深入研究鱼类胸鳍的推进机理和新型水下操纵工具的设计提供了一定的基础和保障。     

仿生非光滑表面技术在机械工程中的应用

仿生技术是将各种生物系统所具有的功能原理和作用机理作为生物模型进行研究,实现新的技术设计并制造出性能优越的新型仪器、机械等。仿生学研究发现,许多生物体表所具有的某种特定非光滑形态有着较好的耐磨特性。目前,对生物非光滑技术的研究,主要集中在非光滑表面的耐磨、降噪和抗疲劳等方面。本文总结了仿生非光滑表面技术在制备缸套、齿轮、轧辊、模具等方面的应用研究及进展情况。随着仿生非光滑表面技术在机械工程中的广泛应用,提出了仿生非光滑表面技术的发展方向和应用前景。     

基于仿生学的微通道耦合射流系统设计与研究

随着芯片热流密度的不断增长,散热问题日益严峻.文中以叶片脉络、斐波那契数列螺旋和雪花晶体结构为基础设计了3种由中心向四周拓扑的微通道耦合射流模型.通过仿真计算,分析了这3种仿生模型和典型肋柱模型的温度分布,并分析了这4种模型在不同雷诺数下的平均努塞尔数、在不同热流密度下的芯片温升和在不同泵功率下的综合性能.结果表明:3...     

仿生耐磨设计的研究现状及展望

介绍了提高仿生耐磨的润滑、表面几何形态、材质和结构等几种主要因素,从功能方面介绍了仿生金属材料、仿生陶瓷材料和仿生复合材料,阐述了仿生耐磨技术的概念以及目前国内外仿生耐磨技术的研究进展.此外,介绍了仿生耐磨技术在工农业方面的一些应用,指出了当前仿生耐磨的一些关键科学问题,并对今后的研究进行了展望.     

结构仿生新进展

从宏观到细观再到微观，结构仿生不断从生物界获得灵感。重点介绍了结构仿生在仿生材料研究、仿生结构设计和仿生系统开发三方面的新进展，指出了结构仿生的发展趋势，强调了多学科协作和仿生理论研究的重要性。     

气动肌纤维驱动仿生机体类生物变刚度特性分析

四足机器人的仿生机体,大多采用刚性或单自由度机体结构,限制了四足机器人的机动性和灵活性。基于四足生物躯体解剖结构及动态弯曲运动机理分析,设计一种气动肌纤维驱动的刚柔耦合仿生机体,可实现变刚度侧向弯曲。根据仿生机体的结构,分析仿生椎间盘、仿生韧带、仿生肌肉等主要组成要素的刚度,提出一种仿生机体的串并联式刚度模型,建立仿生机体的刚度与气动肌纤维输入气压间的关系,探究在不同驱动方式下仿生机体的局部、整体变刚度特性。设计仿生机体的变刚度测试实验平台,分别开展仿生机体的局部、整体动态弯曲试验,分析其主动变刚度特性。实验结果表明,通过改变气动肌纤维的布置及充气压力,能实现仿生机体的动态弯曲,具有类生物的局部或整体变刚度特性。创新研究的仿生机体及驱动方式,为提高四足机器人的机动性提供借鉴。     

仿生主动构件压电变换器研究

压电变换器是仿生主动构件中的一个重要组成部分,是一个机电耦合的交互系统。提出了如何从角度出发建立电型智能结构的理论模型,并讨论了压电耦合系统各参数对压电变换器的能量转换效率的影响。压电型智能结构机电耦合模型的建立有助于解释仿生主动构件的物理实质,设计出性能更好、效率更高的智能结构。