四足仿生机器人斜面行走的运动研究

以岩羊为仿生对象,开发出一款适用于山地行走的四足机器人,重点研究其斜面运动。首先对三段式的腿部结构进行运动学建模,然后对机器人的斜面直线行走做出规划,最后进行仿真验证。仿真结果表明,机器人可以在斜面上保持连续平稳地运动;给出了一种通过控制身体俯仰角来实现斜面连续平稳运动的方法,为四足机器人实现山地环境的运动提供了参考。     

四足机器人侧摆型trot步态的运动学分析及仿真研究

针对四足机器人在复杂环境中难以保持稳定行走姿态的问题,在四足机器人trot步态的基础上,改进设计了一种侧摆型trot步态,通过四足机器人侧摆肩关节处电机对四足机器人的步态进行规律调整,使四足机器人在行走过程中更易保持稳定姿态。首先对侧摆型trot步态进行步态规划,分析侧摆型trot步态的稳定性;然后根据D-H参数法建立四足机器人单腿运动学模型并进行运动学分析求解;最后在MATLAB/Simulink软件中建立四足机器人动态仿真模型,以复合摆线运动轨迹为例,对侧摆型trot步态进行运动特性仿真分析。结果表明,基于复合摆线的侧摆型trot步态运动轨迹曲线连续平滑,四足机器人运动平稳。通过侧摆型trot步态仿真分析,验证了所研究侧摆型trot步态的稳定性和合理性,可以为搭建实验样机控制系统提供理论依据。     

四足机器人机械结构设计与最优腿部配置研究

运动稳定性是机器人研究领域的重点,围绕四足机器人的运动稳定性展开设计研究。首先从仿生学角度出发,根据马腿部的一些特点在SolidWorks中设计四足机器人整机三维结构,使用SolidWorks Simulation的静应力分析部分中的设计洞察模块对所设计的腿部结构进行结构优化;然后,通过ANSYS对四足机器人的腿部结构进行有限元分析,详细了解腿部的受力情况,验证所设计的腿部结构满足受力要求;最后,采用D-H法对四足机器人正、逆运动学分析求解,利用MATLAB计算出足端运动空间,并在ADAMS中进行运动学仿真。仿真结果表明：通过分析机身质心在位移和速度上的变化特点,以及髋关节和膝关节在驱动力矩和关节转角上的变化特点,证明此设计的四足机器人满足运动稳定性的要求,为后期四足机器人物理样机的稳定性实验提供了理论依据。     

舵机驱动仿生四足机器人设计

四足机器人是模仿动物的运动机理,实现不同环境下的适应性行走.电机驱动相比液压或气压驱动,有能量传递方便,信号传递迅速,标准程度高的优点,成为机器人驱动的主流选择.针对四足机器人多自由度运动的特点,提出了一种舵机驱动控制机器人实现所规划的行走步态的有效方法.即采用模块化设计了舵机驱动四足机器人,其中包括控制系统软硬件的设...     

复杂环境下四足仿生机器人控制系统结构设计

使用Adams对Pro／E造型的四足仿生机器人结构进行了仿真分析,为机器人控制器件,特别是驱动电机的选择以及步态的规划提供了重要的数据,并针对四足仿生机器人结构和控制性能的要求,以实现四足仿生机器人在复杂环境下稳定行走的运动策略为目的,设计了上下层分布控制系统。论述了控制系统方案及其控制机理,并详细介绍了机器人控制系统的硬件构成、软件体系及系统工作原理。     

基于PC与ARM的四足机器人分布式控制系统设计

针对足式机器人控制系统的问题,设计了一种用于四足机器人的分布式控制系统。研究了针对四足机器人的复杂控制系统,该系统采用了PC机作为监控机,以ARM9内核的32位微控制系统作为控制单元;整个控制系统采用CAN总线通信。研究了主控制器如何进行系统整体协调控制、步态规划运算,向各子控制器发出运动指令,并和监控机进行通信;子控制器如何实现相应各条腿的3个关节运动控制,向主控制器传送各条腿的运动状态数据。该控制系统已运行于JQRI00四足机器人,实验证明系统具有良好的可靠性,能较好地实现对机器人移动平台的实时控制。     

四足爬行机器人步态分析与运动控制

为了实现液压作动的四足步行机器人的稳定行走,根据运动稳定裕量原则规划四足机器人的直行步态,保证三足支撑机体时稳定裕量为100 mm;针对液压缸运动加速度突变导致机体冲击振动的问题,提出了利用S型曲线作为各自由度的运动位移控制规律的方法。按照JQRI00型四足步行机器人原理样机的结构建立了虚拟样机模型,应用仿真软件对所设计步态进行了仿真,分析了步态的运动学、动力学特征和位移控制方法的运动特征;在四足步行机器人原理样机上进行了试验,并将试验与仿真结果进行了比较。研究结果表明,所设计的机器人步态可行,保证了机器人具有较好的行走稳定性;将S型曲线用于位移控制,消除了液压缸运动加速度的突变,进一步提高了机体运行的平稳性。     

复杂环境下四足仿生机器人控制系统结构设计

使用Adams对Pro/E造型的四足仿生机器人结构进行了仿真分析,为机器人控制器件,特别是驱动电机的选择以及步态的规划提供了重要的数据,并针对四足仿生机器人结构和控制性能的要求,以实现四足仿生机器人在复杂环境下稳定行走的运动策略为目的,设计了上下层分布控制系统.论述了控制系统方案及其控制机理,并详细介绍了机器人控制系统的硬件构成、软件体系及系统工作原理.     

基于STM32F103VET6的四足机器人控制系统设计

分析了四足哺乳动物身体结构及运动方式,设计了一款四足仿生机器人。采用STM32F103VET6为核心的控制芯片构建硬件控制系统,利用芯片的通用定时器产生12路PWM波控制机器人各个关节运动。实验结果表明,四足机器人的12个关节运动平稳,对复杂运动步态的控制精确,实现了在地面的稳定运动。     

组合式陆空两栖机器人的运动规划与仿真

为了遂行灾害救援和野外侦查等复杂作业任务,本文设计了一款将四足步行机器人和四旋翼飞行器有机组合的陆空两栖机器人。该机器人既能根据作业需求进行结构分离,以实现陆、空多领域的侦查,同时四旋翼飞行器又能自由起落在四足步行机器人躯体上进行组合作业,为多用途侦查提供了更多的可能性。四足步行机器人足端轨迹采用贝塞尔曲线,机器人机身质心规划成按直线运动,可保证机器人步行运动的流畅性、稳定性与灵活性。仿真验证的结果表明该组合式陆空两栖机器人运动特性十分优异,具有推广应用价值。     

一种四足机器人平面转弯步行规划

在四足机器人转弯运动中,步行设计的复杂程度与多关节的连续协调问题是影响机器人运动控制与稳定性的一个重要方面。提出了一种改进的四足机器人转弯动作规划方法,将足点轨迹在三维空间的规划解耦为两个二维空间的规划,并针对关节摆动的速度不连续问题,将关节摆幅三角函数化,进一步研究了该规划方法对转弯半径的影响,并通过仿真进行了机器人转弯试验。结果表明,机器人中心轨迹为良好的闭合圆周。     

基于ADAMS的仿生四足机器人运动分析与仿真

在了解国外主要研究成果的基础上,对四足机器人的关键技术进行了总结与分析。运动控制是四足机器人设计的关键技术之一,运动分析是为设计灵活稳定的物理样机及步态规划提供依据。在分析了仿生四足机器人实现运动要求的基本姿态的基础上,设计仿生四足机器人的机械结构;利用ADAMS建立了系统的考虑仿生四足机器人足部与地面接触的仿真模型,对其进行步态规划,仿真获得了四足机器人的动态特性;根据仿真结果,判断了步态规划的正确性及其影响,分析了摆动腿与地面冲击加速度过大的原因并提出了优化方案。     

四足机器人改进型对角小跑步态研究

传统的四足机器人对角小跑步态一般在机体坐标系中进行规划,在实际应用中存在着摆动腿无法同时着地、机体翻转无法有效抑制等问题,这些都降低了机器人运动的稳定性和精确性。针对以上问题,提出了一种在世界坐标系下规划的改进型对角小跑步态方法,该方法通过浮动机体运动学对摆动相进行规划,在足端的雅可比矩阵中引入机体姿态相关项,从而保证了摆动腿能同时着地,同时在支撑相和摆动相之间增加了四腿同时着地的调整相,对机器人机体位姿进行调整。对比仿真和样机试验结果表明：与传统方法相比,所提方法能够使摆动腿同时着地并能连续调整机体位姿,使机器人获得更好的运动稳定性和更高的位移控制精度。     

面向未知复杂地形的四足机器人运动规划方法

针对四足机器人在非结构化环境下的自适应稳定行走问题,提出一种面向未知复杂地形的四足机器人运动规划方法。采用爬行步态,基于零力矩点(Zero moment point, ZMP)稳定性判据进行在线轨迹规划。通过摆动腿的落地规划和感知策略估计未知地形的参数,实时调整各支撑腿的长度以控制机器人躯体的位置和姿态与当前地形相匹配,实现四足机器人对于未知地形高度和坡度变化的自适应。试验结果表明,四足机器人能够在满足稳定性的前提下,对未知复杂地形具有良好的适应能力,验证了该方法的有效性与可靠性。     

可变刚度四足机器人对角小跑控制策略

为提升足式机器人在复杂环境下的自适应稳定运动能力,针对具有主被动变刚度柔性关节的四足机器人提出一种对角小跑步态运动控制策略。基于弹簧负载倒立摆模型与控制目标解耦方法,设计了腾空相对角腿关节角规划,着地相前进速度、机身高度、俯仰角调节及腿部刚度主动调节控制策略,并基于足端触地状态完成了四足机器人对角小跑步态运动规划。研制了具有主被动变刚度柔性关节的四足机器人样机,通过实验验证了所提运动控制策略的有效性与正确性。     

四足机器人“盲爬”阶梯策略设计与实现

针对四足机器人爬阶梯多采用基于零力矩点的静步态运动规划方法，存在攀爬速度慢、稳定性差的问题，设计了一种四足机器人快速“盲爬”阶梯策略。采用针对阶梯地形的轨迹规划摆动腿运动，基于广义动量法检测摆动腿与阶梯的磕碰事件，对磕碰事件进行了有效处理。根据本体感受器估计阶梯部分参数，结合稳定裕度概念规划机身的期望轨迹，采用模型预测控制对轨迹进行跟踪控制，保证了机器人快速稳定地攀爬阶梯。通过四足机器人实验平台验证所提方法的正确性，当机器人名义腿长为0.360 m、阶梯台阶高度为名义腿长的30.56%时，平均攀爬速度可达0.60 m/s(无量纲速度Fr达0.32)。     

仿生四足机器人的设计与运动步态分析

基于四足生物的身体和运动形态,设计了仿生四足机器人。介绍了这一仿生四足机器人的结构,并对腿部结构进行了分析。同时进行了包括直线行走和定点转弯在内的运动步态分析,确认了仿生四足机器人的运动稳定性。     

适应不同重力环境的仿壁虎机器人运动仿真

针对不同重力环境下仿壁虎机器人的运动稳定性、运动高效协调性等问题,基于四足机器人的步态规划现状和仿壁虎机器人自身特定的机械结构,设计了仿壁虎机器人在g、0、-g 3种环境下的足端轨迹和运动步态。在ADAMS仿真软件中研究了机器人的运动学和动力学特性,得到了仿壁虎机器人稳定爬行与脚掌黏附力、足端轨迹和运动步态的关系。探讨了仿真结果的合理性和局限性,为仿壁虎机器人在实际环境中的稳定运动奠定了理论基础。     

四足爬壁机器人的航向偏差感知及步态调整

针对GIS管道内部故障缺陷检测，研究设计了一种四足爬壁机器人，可完成在水平和垂直管道内壁的整周爬行和轴线方向爬行。为解决管道四足爬壁机器人长时间运动产生的严重偏航问题，提出了一种不依赖外部传感器的姿态自感知与调整算法，实现了机器人姿态的自调整，保证运动的准确性。通过使用所研究的爬壁机器人在管道内进行爬行实验，包括姿态调整与爬壁运动两项运动验证，机器人实现了在水平和垂直管道内的整周爬行和轴线方向的爬壁运动，爬行运动过程中稳定性高，且在出现偏航超过设置状态时，可自发进行调整，验证了所规划的基本运动步态和姿态感知与调整算法的有效性。     

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.