四足仿生机器人足端工作空间的分析

四足仿生机器人工作空间的形状和大小对其优化设计具有重要的作用。在简化的四足仿生机器人模型的基础上,根据其髋关节、膝关节的运动参数范围,采用蒙特卡洛方法在MATLAB软件上画出了其工作空间的形状,利用数值积分的思想求出了工作空间的体积大小并对几何误差进行了分析。     

四足仿生机器人足端工作空间的分析

四足仿生机器人工作空间的形状和大小对其优化设计具有重要的作用。在简化的四足仿生机器人模型的基础上,根据其髋关节、膝关节的运动参数范围,采用蒙特卡洛方法在MATLAB软件上画出了其工作空间的形状,利用数值积分的思想求出了工作空间的体积大小并对几何误差进行了分析。     

基于VBA和CAD的仿生蚂蚁工作空间分析

在对六足仿生蚂蚁的结构和运动原理分析的基础上,将每条腿3个自由度的关节式机构与昆虫式腿布置形式相结合,采用3条腿行走支撑;利用VBA和AutoCAD软件平台成功开发出可以求解最多有6条腿3个关节的仿生机器人工作空间系统;通过构建仿生蚂蚁实体结构,以实例形式分析验证了仿生机器人工作空间求解软件的正确性,为优化仿生蚂蚁乃至其他多足机器人结构提供良好的工具.     

仿生四足机器人的结构与步态分析

介绍了仿生四足机器人的整机结构和单腿结构.在此基础上,对仿生四足机器人进行了运动学分析、直线行走步态分析与定点转弯步态分析,并进行了样机步态测试.     

一种仿生四足机器人腿部机构的运动学分析与验证

提出了一种用于仿生四足机器人的新型串并混联腿部机构。首先介绍了四足机器人的结构组成,然后基于矢量分析法推导了该串并混联腿部机构的运动学正解与反解方程,并采用蒙特卡洛法求解了机器人腿部机构的工作空间,求出腿机构的速度雅克比矩阵。最后引入基于零冲击原则的足端轨迹,采用Adams软件对机器人单腿模型进行了虚拟样机仿真。仿真结果表明：各驱动电缸的速度变化曲线与理论计算结果一致,误差在±1×10-3m/s范围内,验证了机器人运动学模型的正确性,间接验证了机器人位置方程和工作空间求解的正确性,为腿部机构的静力学分析和动力学分析及整机结构优化奠定了基础。     

基于ADAMS的六足机器人腿机构优化设计与仿真

针对传统六足机器人腿机构自由度较多、控制较复杂的情况,综合考虑了足端运动轨迹对机器人越障能力和行进速度的影响,设计了一种具有单自由度腿机构的六足机器人.基于机械动力学软件ADAMS,建立参数化腿机构模型,并对参数化腿机构模型进行关键尺寸的优化设计,验证了六足机器人腿机构的有效性.有效提高了六足机器人的越障能力和行进能力,为后续研究奠定了基础.     

基于ADAMS的四足仿生机器人单腿结构设计

利用ADAMS软件虚拟样机技术,设计了液压驱动的四足仿生机器人单腿机械结构。通过分析四足哺乳类动物身体结构及运动特性,设计了仿生机器人的机械机构,确定了机器人腿部自由度配置,建立了仿真模型。根据动物的实际运动步态,规划并设计了静步态及对角小跑两种步态,进行了逆动力学仿真,得到关节等关键部位输出数据。在仿真实验的基础上,设计了液压作动器的关键参数及四足仿生机器人单腿机械结构。     

凸轮连杆组合机构驱动的四足仿生马机器人运动仿真研究

提出了一种仿生马构型的四足步行机器人,以用于马术辅助治疗。其单腿系统利用凸轮连杆组合机构驱动,具有两个驱动自由度,能够实现足端轨迹跨距与高度的调整。论述了凸轮连杆组合机构驱动的仿生马机器人结构与工作原理,开展了机器人的运动仿真研究。利用Solid Works软件建立机器人模型,并导入到Adams软件中进行动力学仿真分析。通过运动规划给定电机驱动函数,实现了仿生马机器人的行走运动。进一步分析得到了机器人在抬腿和落地运动过程中,足端与地面之间的接触力变化规律及相应的运动轨迹变化趋势。针对仿生马机器人运动仿真中整体出现的跳动现象,提出了采用电机变驱动规律以改良跳动的措施。研究结果为该类机器人参数的优化设计及实用化提供了理论支持。     

凸轮连杆组合机构驱动的四足仿生马机器人运动学建模与分析

提出了一种仿生马构型的四足步行机器人,以用于马术辅助治疗。其单腿系统利用凸轮连杆组合机构驱动。在论述该仿生马机器人结构与工作原理的基础上,进行了机器人的运动学建模与分析。利用环路矢量法建立各机构运动学方程,利用牛顿迭代法对非线性位移方程进行了求解。采用Matlab开发了求解机器人行走腿位移、速度、加速度运动的统一程序。通过实例计算,对采用电机等速驱动机器人产生的行走腿端点位移、加速度特性进行了分析。为后续优化机器人性能奠定了基础。     

四足仿生机器人混联腿构型设计及比较

四足仿生机器人一直是机器人领域研究的热点之一。对国内外的研究现状和代表样机进行综述,总结现有四足机器人的腿构型的优缺点。混联腿构型结合了并联机构和串联机构的优点,可在提高机器人载重/自重比的同时,满足快速稳定响应的需求,从而实现高速、低能耗、高承载的运动。提出三种不同的3自由度混联腿机构,由1自由度的四杆机构和2自由度的平面并联机构串联组成。建立3种混联腿的运动学模型。根据四足机器人的行走设计需求,总结三种混联腿机构的特点,并建立其各自的工作空间模型。基于对角小跑的轨迹,分析三种混联结构在空间上的承载能力和各向同性度。通过对比分析选择第三种混联腿作为最优选项,并进一步与经典串联腿进行驱动力矩比较,证实混联腿的优越性。通过样机负重行走试验验证结果的可靠性,为四足混联腿机构机器人的后续研究奠定理论基础。     

六足仿生步行机器人足端工作空间和灵活度研究

基于六足仿生步行机器人机构学特性的研究，采用数值分析法求解了机器人步行足的足端工作空间，利用虚拟样机技术计算了机器人的灵活度，从两方面综合衡量六足仿生步行机器人的工作能力。并以六足步行机器人各腿节比例关系的确定为例，介绍了六足步行机器人结构优化的具体方案。所用方法同样适用于六足仿生步行机器人其他结构参数的优化，也为六足仿生步行机器人的合理驱动和精确控制提供了理论依据。     

Workspace Analysis of a Six-Degrees of Freedom, Three-Prismatic- Prismatic-Spheric-Revolute Parallel Manipulator

This paper studies the workspace of a six-degrees-of-freedom parallel manipulator of the general three-PPSR (prismatic-prismatic- spheric-revolute) type. It is known that a drawback of parallel manipulators is their limited workspace. To develop parallel mechanisms with a larger workspace is of use to potential applications. The mechanism of a three-PPSR manipulator and its variations are briefly analysed. The workspace is then investigated and the effects of joint limit and limb interference on the workspace shape and size are numerically studied. The constituent regions of the workspace corresponding to different classes of manipulator poses are discussed. It is shown that the workspace of this parallel manipulator is larger than that of a comparable Stewart platform, especially in the vertical direction.     

Motion capability analysis of a quadruped robot as a parallel manipulator

This paper presents the forward and inverse displacement analysis of a quadruped robot MANA as a parallel manipulator in quadruple stance phase, which is used to obtain the workspace and control the motion of the body. The robot MANA designed on the basis of the structure of quadruped mammal is able to not only walk and turn in the uneven terrain, but also accomplish various manipulating tasks as a parallel manipulator in quadruple stance phase. The latter will be the focus of this paper, however. For this purpose, the leg kinematics is primarily analyzed, which lays the foundation on the gait planning in terms of locomotion and body kinematics analysis as a parallel manipulator. When all four feet of the robot contact on the ground, by assuming there is no slipping at the feet, each contacting point is treated as a passive spherical joint and the kinematic model of parallel manipulator is established. The method for choosing six non-redundant actuated joints for the parallel manipulator from all twelve optional joints is elaborated. The inverse and forward displacement analysis of the parallel manipulator is carried out using the method of coordinate transformation. Finally, based on the inverse and forward kinematic model, two issues on obtaining the reachable workspace of parallel manipulator and planning the motion of the body are implemented and verified by ADAMS simulation.     

角度与运动约束下串联式机械臂工作空间求解与结构优化

深水作业机械臂通常采用串联式结构,机械臂每个关节的转动角度与长度会受到相应的限制,这些参数会直接影响到机械臂的运动轨迹规划和作业效率.机械臂的有效工作空间的求解是一个多目标多约束的优化问题.通过数学分析建立机械臂的运动学模型,分析影响有效工作空间的相关参数,利用图解法来分析机械臂工作空间的边界曲线,得到机械臂的有效工作...     

3SPS+1PS髋关节并联仿生试验系统工作空间优化

为使人工髋关节试验系统具有仿生模拟人体髋关节运动特性的能力,不但要使其能模拟髋关节各种运动形式,而且其运动输出空间应完全覆盖实际人体髋关节的运动范围,这也使得对其运动空间进行深入分析成为必要。针对作为髋关节并联仿生试验系统核心运动模块的3SPS+1PS并联机构,利用四元数法建立其逆/正解运动学模型,基于动平台三点构造法构建了3SPS+1PS并联机构的量纲统一速度Jacobian矩阵,分别比较了该矩阵条件数在不同运动空间及结构参数下的取值变化情况,得到条件数平均值与机构定、动平台上球副中心连线长度比值、球副许用转角及动平台中心位置高度等参数之间关系,优化了机构结构参数,进而得到了运动性能良好的运动空间区域。髋关节并联仿生试验系统运动空间的研究对其运动路径规划、动态特性分析及控制系统设计具有重要的意义。     

新型四足步行机器人串并混联腿的运动学分析

针对串联四足机器人行走惯量大,自重/载重比大的问题,提出一种新型串并混联四足步行机器人,并对该机器人的串并混联腿进行运动学分析。该机器人由一个运载平台和四条结构相同的串并混联腿组成,每条腿均由髋关节、大腿、小腿顺次连接构成,其中髋关节为3-RRR并联机构。以能耗最小姿态为最优姿态,基于矢量法求解了该串并混联腿的运动学正解和反解,利用MATLAB和ADAMS软件验证了正解和反解的正确性;基于矢量法和微分变换法求出了该混联腿的速度雅克比矩阵和加速度矩阵,分析了其奇异性,并利用MATLAB软件绘制出该腿的工作空间。结果表明:该腿在髋关节连杆直径d=22mm,大腿杆件直径D=50mm,膝关节转角θ4∈[105°,155°]时,工作空间呈球冠形,最大内接圆半径R=400mm,高度为H∈[500mm,900mm]。本研究对该新型串并混联四足步行机器人的刚度分析、动态性能、机构优化设计和系统控制等的进一步研究具有重要意义。     

6-RSS型并联机构的工作空间分析与参数优化

以6-RSS型并联机构为研究对象,建立解析形式的反向运动学方程,给出考虑驱动副转角范围、球副转角范围、连杆干涉等约束条件时的反解选取准则,推导出每种约束表达与机构参数间关系,特别是复合球副独特的附加约束表达.基于带约束条件的反向运动学方程,利用三维边界搜索法,绘制并联机构多个定姿态工作空间的截面图和三维实体图.最后以工作空间体积为优化目标,获得结构参数和约束条件对工作空间体积的影响关系曲线,为定量分析影响效果提供解决途径,最终利用全局搜索法得到6-RSS机构的一组最优机构参数,在机构整体尺寸基本不变情况下使工作空间增大60%,达到优化机构参数的目的.     

Optimum design of 6-DOF parallel manipulator with translational/rotational workspaces for haptic device application

This paper proposes an optimum design method that satisfies the desired orientation workspace at the boundary of the translation workspace while maximizing the mechanism isotropy for parallel manipulators. A simple genetic algorithm is used to obtain the optimal linkage parameters of a six-degree-of-freedom parallel manipulator that can be used as a haptic device. The objective function is composed of a desired spherical shape translation workspace and a desired orientation workspace located on the boundaries of the desired translation workspace, along with a global conditioning index based on a homogeneous Jacobian matrix. The objective function was optimized to satisfy the desired orientation workspace at the boundary positions as translated from a neutral position of the increased-entropy mechanism. An optimization result with desired translation and orientation workspaces for a haptic device was obtained to show the effectiveness of the suggested scheme, and the kinematic performances of the proposed model were compared with those of a preexisting base model.