仿人机器人国内外研究动态

重点介绍了日本仿人机器人的最新研究成果和研究方向,以及国内仿人机器人的研究现状。日本的大学和科研机构主要的研究成果有实用性仿人机器人ASIMO和娱乐机器人QRIO,其研究方向是如何避障和灵活运动,及如何与人协作和表达情绪。国内一些知名大学在实用性仿人机器人的研究上取得了进展,但其在关键技术的研究上与日本尚存在差距。     

仿人机器人行走间隙碰撞系统混沌动力学分析

为研究仿人机器人行走过程中由间隙碰撞引起的行走不稳定问题,建立了一类含间隙碰撞的三自由度动力学模型,与现有模型相比能够更好地模拟行走过程中脚与地面之间的间隙碰撞过程。结合该动力学模型推导出数学模型,进而运用模态叠加法计算了该碰撞系统在周期激励下的动力学响应。把庞加莱截面作为间隙碰撞界面,对该碰撞系统进行混沌动力学分析,发现其具有混沌运动特征。研究结果为仿人机器人行走间隙碰撞系统的研究和控制提供了理论依据。     

面向爬楼梯场景的仿人步态机器人机构设计与行走功能试验研究

现有仿人步态机器人装置大多存在重心变化幅度大、升降平稳性差、运动控制难、布置灵活性不足等问题。为此,设计一种新型的仿人爬楼梯步态运动方式机器人。将平移机构和升降机构相结合,实现阶梯状运动轨迹。研究其核心构件、关键的功能原理和主要的力学特征;通过进行ADAMS运动学仿真和搭建实物样机试验,验证这种双剪叉结构与丝杆传动形式相结合的升降机构设计的可行性。结果表明：该机构能适应台阶立面高度160～180 mm、平面长度290 mm以上的楼梯场景,并具有良好的负载爬梯功能。     

基于并联机构的仿人机器人结构设计

仿人型机器人具有较强的环境适应能力.为了提高机器人的灵活性及稳定性,文章采用球面三自由度并联机构作为腰关节,并对该关节结构进行了改进,设计了一种新型的仿人型机器人,并利用ADAMS软件对其进行了仿真验证.结果表明,机器人能够进行完整的步态行走,腰部并联机构采用3-RRR+S’-p机构,能够实现机器人腰部的灵活运动,具有较好的稳定性和刚性.     

基于SimMechanics的仿人机器人运动学仿真

利用Matlab／SimMechanics机构仿真工具建立了仿人机器人机构的仿真模型,并由模型图直观地观察仿人机器人的动态步行过程,求出了机器人躯体重心的角加速度和髋关节的扭矩变化图。建立了仿人机器人的瞬时状态的平面五杆机构运动模型,根据Kane法求解出了机构的动力学方程。在机构分析中应用SimMechanics仿真工具,为机械系统的仿真提供一种十分简便的方法。     

仿人机器人的步行控制方法综述及展望

步行控制是仿人机器人最重要的技术之一,是仿人机器人实现最基本的类人动作的关键.从步态规划和步态控制两方面综述了仿人机器人步行控制的研究现状,对已有的典型步态规划和步态控制方法进行了分析与比较,并展望了仿人机器人步行控制的研究方向.     

仿人机器人腰部机构的动力学建模、控制与仿真

本文介绍的仿人机器人具有差动腰部机构,它除了受自身的动力学影响以外,还受到手臂和车体运动以及外力、外力矩等对腰部机构关节力矩的影响.笔者利用高效牛顿-欧拉算法完成了仿人机器人的整体建模;在不考虑各关节间耦合运动的情况下,对整体动力学模型进行适当简化,得到了腰部机构的动力学模型.简化后的动力学模型既反映了机器人车体、腰部及双臂的动力学关系,又大大地减小了计算量,易于实现基于动力学的控制算法.基于动力学模型,给出了腰部机构PD伺服轨迹跟踪控制算法,并结合计算力矩方法用于补偿腰部机构两关节受到的力矩扰动.仿真分析表明,该控制方法可以明显提高腰部机构的位置跟踪精度,并提高仿人机器人的整体作业精度.     

弹性变形对仿人机器人步态规划的影响分析

仿人机器人行走步态研究的理论、方法及建模均未考虑系统各部件弹性变形的影响,导致行走实验结果与理论步态规划存在较大的差异,制约了步行质量的提高和连续快速稳定步行的实现。本文运用ANSYS有限元软件,针对清华大学研制的THBIP—Ⅰ型仿人机器人样机,建立精确的有限元模型,进行步行运动弹性变形及其对步态规划影响的有限元仿真分析,在此基础上提出了对步态规划进行局部修正完善的方法,步行实验证明该有限元模型及仿真分析结果是有效的。     

基于NMPC的仿人攀爬机器人运动优化

针对仿人机器人攀爬的实时运动生成问题,提出一种基于非线性模型预测控制(nonlinear model predictive control,NMPC)方法,能够综合优化路径和肢体运动.该方法将攀爬任务视为一个机械约束的NMPC问题,并使用了基于墙体图的状态相关权重和势函数.在每个采样时间点根据墙体信息和机器人的状态进行...     

仿人智能控制在工程机械液压底盘模拟加载试验台中的应用

针对采用二次调节静液传动技术的模拟加载试验系统进行分析，设计了一种仿人智能控制器。研究结果表明．仿人智能控制器能改善系统的动态性能，具有较好的控制性能，为二次调节技术在工程机械中的实际应用奠定了基础。     

工业机器人在焊接生产中的应用

概况和发展趋势首批焊接机器人是美国 UNIMATION 公司在60年代中期设计制造的。最初是运用于汽车制造业。根据1985～1986年《AMERICANMACHINIST》、《MASCHI NENMARKT》,《INDUSTRIA ROBI》等杂志的资料介绍,西欧国家使用工业机器人总数中焊接机器人所占比例如下:西德—55%、意大利—45%、法国—40%、芬兰—40%、英国—30%、瑞典—20%。统计资料袭明:1981～1985年间在发达资本主义国家生产中焊接机器人数量平均每年增长33%。美国焊接机器人增长情况如图:     

基于DSP、FPGA和模糊自调整PID控制的仿人机器人控制系统的设计与实现

设计一套全自主仿人机器人分布式运动控制系统,该系统的底层控制部分采用双DSP作为主处理器并结合FP-GA模块实现图像处理和DSP外围复杂译码电路并进行倍频、鉴相、计算等。给出了处理器的反馈回路和一些复杂外围器件设计过程。结合前沿控制理论,提出一种基于模糊规则的自调整PID控制策略并进行MATLAB仿真。结果表明:该控制系统能够直接嵌入机器人本体,具有结构简单、抗干扰能力强、可靠性高等特点。该研究工作对全自主仿人机器人的进一步发展起着积极作用。     

轮式移动宜人机器人技术研究

轮式移动宜人机器人项目研究的主要目的是开发自主式仿人机器人样机,探索先进的机器人理论和技术.轮式移动宜人机器人由正交轮式移动平台、腰部、躯干及头部和双臂组成,共21个自由度.整体结构包括:电源系统、机械系统、控制系统和传感系统.电源系统采用车载电池供电.机械系统包括变刚度结构,提高了机器人与人交互作业的安全性.控制系统分为中央协调层和执行层结构.传感系统主要实现关节位置检测、姿态检测、力检测和视觉.文章讨论了此机器人的研究进展.     

CPLD在3-DOF并联机器人运动控制中的应用

分析三自由度平移并联机器人的运动模型,在此基础上设计该并联机器人的运动控制系统,控制系统采用PC机为上位机、DSP运动控制器为下位机的双CPU硬件结构的分级控制方式,上位机负责整个系统管理、轨迹生成等,下位机则实现对各个关节的插补运算和伺服控制,控制系统以交流伺服电机来驱动并联机器人,采用基于CPLD的脉冲发生电路来控制伺服电机,从而控制整个并联机器人的运动,并运用相应的软件进行仿真.     

行走助力机器人研究综述

介绍了国内外行走助力机器人的研究现状,对助力机器人的结构、控制系统、传感器系统等涉及的关键技术进行了分析,指出了现有机构存在的问题,并探讨了行走助力机器人未来的发展趋势.     

人工智能在特种机器人中应用的研究探讨

在简要介绍特种机器人能力局限性的基础上,阐述与特种机器人紧密相关的几项人工智能的研究内容,并进一步展望了人工智能在特种机器人中应用的发展趋势,为从事特种机器人智能研究工作的读者提供参考。     

PLC在六关节工业机器人控制中的设计应用

本文介绍了应用可编程控制器PLC对六关节工业机器人进行位置控制的方法及其软件硬件系统的设计与实现。     

微动反馈运动控制下肢康复机器人设计与研究

针对下肢运动障碍的患者数量逐年增多,设计了一种微动反馈运动控制下肢康复机器人。根据下肢康复训练的要求,完成了机器人的整体结构设计,进行了运动学及动力学分析。同时针对微动反馈运动控制策略进行了研究,利用患者人体的主动运动意识产生的微动实时反馈参与运动控制。这种运动控制方法进一步提高了下肢的康复效果。     

机器人在三缸曲轴打磨工艺中的应用研究

为了对三缸曲轴进行自动、快速、精确的打磨,设计了一套采用多台机器人协作的打磨单元。对三缸曲轴铸件及其披缝的外形特征进行分析,在此基础上,设计了磨具形式、机器人应用方式和曲轴装夹方式,并进行了详细介绍。在打磨过程控制方面,提出了利用磨削电主轴的电流实时控制机器人的打磨进给速度的方法,提高了系统的安全性。此系统已投入使用,实现了对三缸曲轴安全、可靠、精确、高效的自动打磨     

基于样条插值算法的工业机器人轨迹规划研究

工业机器人的控制系统是封闭且独立的,通过示教方式来在线编程是很难完成复杂的曲线运动,效率较低。为此在工件面型图像中对待加工轨迹进行规划,根据三次B样条曲线插值算法对规划好的加工路径轨迹进行数据处理,通过离线编程把加工轨迹数据点格式转换成机器人程序文件,把复杂的曲线运动分解成直线运动和圆弧运动,从而实现工业机器人的复杂曲线运动。实验过程中机器人运动流畅没有停顿,实际运动轨迹和规划运动轨迹吻合得很好,证明该方法有效可行。