仿人机器人平地行走步态规划与仿真

为研究仿人机器人的平地行走运动,首先,根据人体结构特点和运动特征,并基于二维倒立摆原理,规划机器人平地行走过程中质心和摆动腿踝关节的运动轨迹;其次,通过建立机器人支撑腿和摆动腿的几何模型,对前向、侧向运动中两条腿所涉及的10个自由度的运动进行规划;进一步,根据逆运动学求解各关节角的运动轨迹,利用仿真软件ADAMS建立仿真模型,并进行平地行走虚拟仿真。仿真结果验证了文中所采用的步态规划方法的可行性,同时也验证了机器人结构设计和电机选型的合理性,为机器人样机的研制提供了理论依据。     

一种仿人机器人面部的结构设计

介绍一种仿人机器人面部的机械结构设计。对产生每种面部表情所需的运动形式和范围进行了分析 ,设计出了眉毛、眼睛、嘴和下颌 4个运动模块。机器人面部的运动是由 2 3个步进电机来驱动的 ,通过这些运动 ,机器人面部就能产生像人一样的表情。     

仿人机器人分级控制系统的伺服控制研究

一、前言随着计算机技术的不断发展和在工业生产中越来越多的应用和普及,利用计算机来控制生产过程,已成为今后的发展趋势。用计算机控制来代替常规的控制方法,不仅简化了设计,而且提高了控制过程的精度和可靠性,使控制过程智能化。因此,机电一体化是机械工业的发展方向。目前,用于生产过程控制的智能装置有:可编程序控制器,单片机、单板机以及高级机组合而成的分级控制系统等。鉴于单板机具有结构简单,功能齐全,工作可靠,价格便宜,市场供应充足等优点,作者就以单板机作为微机控制系统智能装置。在很多需要精确控制的场合,我们对其控制系统的基本要求是:定位精度高,时间     

仿人机器人理论研究综述

介绍了国内外仿人机器人最新发展动态。主要从理论研究方面对仿人机器人技术研究进行了综述和分析,最后对将来的研究方向和工作重点作出了展望。     

仿人机器人实时稳定的步态产生

仿人机器人和双足机器人相比有头、躯干和两臂,因此步行模式的产生更加复杂.讨论了一种实时产生稳定的腿部、手臂和躯干运动的方法.在径向平面的腿部运动必需满足ZMP点的X轴位置有最大的稳定裕度,与此类似,横向平面的腿运动必需满足ZMP点的Y轴位置有最大的稳定裕度.手臂和躯干的运动是由Z轴力矩平衡产生的.我们的方法已经通过仿真结果得到了验证.     

仿人机器人PID控制优化仿真研究

当前,机器人在复杂环境中避障效果较差,导致机器人运动路径较长。为了提高仿人机器人控制系统响应速度,缩短其避障运动路径,设计了优化PID控制系统,并对仿人机器人控制系统避障效果进行仿真验证。首先,设计出仿人机器人线性倒立摆模型,推导出仿人机器人运动位移一阶线性方程;其次,对传统PID控制系统进行改进,提出了优化PID控制系统的粒子群算法（PSO）;再次,利用粒子迭代搜索到PID控制器参数的最优值,使仿人机器人控制系统响应速度快,避障效果发挥到最优状态;最后,利用Matlab软件对仿人机器人角位移和位移进行仿真,在不同环境中检测其输出效果。结果显示：采用传统PID控制系统,仿人机器人响应速度慢,超调量较大,在避障过程中,其运动路径较长;采用PSO优化PID控制系统,仿人机器人响应速度快,无超调量,在避障过程中,其运动路径较短;仿人机器人优化后的PID控制系统,不仅响应速度快,而且避障效果好,为机器人自主避障提供了更好的控制系统。     

仿人机器人跑步运动的实现与速度控制

以仿人机器人动力学方程为基础,采用＂虚拟腿＂的方法,实现仿人跑步机器人三维方向的跑步动作。在起跳阶段通过求解＂虚拟腿＂的二自由度动力学方程,确定机器人质心的轨迹,在飞行阶段机器人质心按照自由落体运动;然后对机器人双脚的运动和上臂的运动进行规划,通过机器人动力学方程求解各个关节的力矩。最后通过调节机器人在起跳阶段最初时刻＂虚拟腿＂和铅垂线的夹角控制机器人的跑步速度。仿真结果表明,机器人可以实现稳定的跑步动作,并可以很方便地对前向跑步速度进行控制,证实了文中所介绍方法的有效性。     

仿人机器人抬起重物的运动学仿真

以仿人机器人运动学为基础,运用Danevit-Hartebeng方法,建立了仿人机器人的运动坐标系。将仿人机器人抬起重物的运动分解为下肢运动和上肢运动。基于人体抬起重物的实际动作姿态,运用MATLAB Robotics Toolbox建立仿人机器人的运动学仿真模型,并对机器人各关节角度进行轨迹规划。最后建立仿人机器人的三维模型,并运用虚拟样机软件ADAMS对轨迹规划结果进行仿真。结果表明,对仿人机器人搬运重物的运动轨迹规划是可行的和精确的,为仿人机器人搬运重物的后续研究提供了参考。     

仿人机器人头颈协调系统的研制

研制出仿人机器人头颈协调系统,主要包括仿人机器人和控制系统。仿人机器人具有22个自由度,控制系统采用上下位机结构,并完成包含四种工作模式的人机软件界面。在ADAMS软件中,对眼球圆周转动以及眼颈协调运动进行运动学仿真。实验结果表明,在头颈协调系统中,机器人的面部器官能够逼真地再现8种基本表情,结合颈部运动,可以实现更多丰富多样的表情,比如愧疚、仰天大笑及傲慢等,头颈协调运动能够使得机器人实现对小球和人脸的可靠性检测和跟踪。     

仿人机器人的腰部结构设计及动力学分析

针对目前市场上机器人各运动关节都需要靠伺服电机驱动的情况,设计了一台具有躲闪功能的仿人机器人。采用单电机驱动并通过控制电磁离合器的状态,实现腰部关节的运动,最终完成机器人的躲闪动作。为了验证其主要零部件选型的正确性和结构设计的合理性,运用拉格朗日函数对机器人躯干结构进行了动力学研究;然后利用ADAMS软件对机器人虚拟样机进行动力学仿真分析,得到相应的关节转矩曲线;最后,完成机器人实物装配并通过实验测试对机器人躲闪功能进行了验证。     

基于ADAMS的仿人机器人步态仿真与分析

仿人机器人是机器人研究领域的热点问题。文中在利用Pro/E三维建模软件对仿人机器人进行了结构设计之后,又用ADAMS仿真分析软件对仿人机器人进行了步态仿真分析。在ADAMS环境下对针对仿人机器人进行了合理的步态规划,并且在仿人机器人平稳快速行走过程中对上肢的质心位置移动做了定量分析。最后针对仿真分析结果对仿人机器人步态进行了优化设计。     

基于反馈控制的仿人机器人步态规划

为了解决仿人机器人离线步态规划中机器人难以跟踪期望步态的问题,建立了仿人机器人的简化三连杆模型,并运用拉格朗日力学对模型进行了动力学分析,包括机器人单腿支撑期和双腿支撑期以及整体步行模型,在此基础上,提出将混杂系统的输出作为机器人的规划步态函数,设计了反馈控制器来实时调整机器人的实际步态。仿真结果表明,所设计的反馈控制器能够很好地调整机器人步态。     

教学型5R串联机器人设计及自动控制

为机器人教学的需要，设计了教学型5R串联机器人。教学机器人可用于机器人结构分析、机构运动学分析及机器人控制系统的教学演示和实验操作，并具有结构简单、操控方便等特点，完全可以满足机器人教学的需要。     

仿人型跑步机器人矢状面起跳运动的实现

针对仿人型跑步机器人实现起跳动作时没有考虑腿部质量或将机器人质心固定在身体上某点的不足,提出了一种新的方法实现跑步机器人矢状面内的起跳动作:利用“虚拟腿”的概念,求出机器人质心的轨迹,然后对某些广义坐标进行规划,通过求解非线性方程组计算出机器人在每个时刻的运动学参数。最后根据动力学方程求出各个关节的驱动力矩。仿真结果表明:机器人跑步时各个关节角度和关节驱动力矩变化平稳,因此起跳动作设计合理。     

新型仿生膝关节的机构设计与仿真研究

通过对假肢膝关节系统的功能原理分析,提出了多种新型假肢膝关节结构方案,拟定了结构方案比较与选择的基本要求与准则,完成了结构设计与技术设计;结合运动仿真分析,确定了膝关节在主动屈曲时回转摆动缸的摆动范围,分析了下蹲过程中的机构力矩变化规律。设计与仿真的结果对于连骨式假肢膝关节设计、双足步行机器人开发有参考价值。     

基于模糊AHP的步行机器人设计方案评价体系研究

正确分析和评价仿人步行机器人的系统设计方案,对于仿人步行机器人的研究与应用有着重要的意义,对我国仿人步行机器人的产业化进程有着重要的影响.针对仿人步行机器人的各种应用需求和技术特点,利用AHP提出一种仿人步行机器人系统设计方案的多目标、多层次的评价指标体系,用FAHP法求其指标权重,并运用模糊综合评价模型对仿人步行机器人设计方案进行了综合评价.该模型为客观评价机器人设计方案提供了有效手段.     

基于空间视觉的仿人形柔性机器人尺寸控制系统

目前的仿人形机器人研究多以刚性材料为主,仿形精度不高且无法真实模拟人的体态特征。针对这一问题,设计了一种仿人形气动柔性机器人。设计了一种IBP-PID的稳压控制方法,实现了柔性机器人气动元件内的精密气压控制,进而提高了柔性机器人的尺寸控制精度;设计了空间视觉尺寸测量实验,检验该控制算法的准确性。结果表明：该稳压控制算法在微气压环境下的控制效果良好,兼顾了动态特性和稳定性;柔性机器人的关键部位尺寸控制精度在0.5%以内,验证了控制算法的有效性。     

双足步行机器人结构可视化设计

采用Watt-21型平面六杆机构作为基本的行走机构,探讨了步行机器人行走机构应有的特性,完成了机构的运动分析.同时为了便于分析,利用Pro/E建立了双足步行机器人的三维模型,并在软件中进行了运动仿真.利用计算机的可视化设计技术来修正设计参数.     

肌电信号控制仿生手的研究

研究的目标是利用肌电信号实时控制仿生手的运动。使用所设计的系统，实现了肌电信号采集、处理和对所设计的仿生手的控制。通过试验验证了肌电信号的统计特性，用不同操作者的不同肌肉来控制和训练仿生手抓物体，试验结果表明仿生手的失误率小于0．5％。     

教学型双足步行机器人转向步态规划方法的研究

双足机器人的步态规划包括直线行走和转向两个部分。在直线行走中,髋关节偏转的自由度被限制,而在转向过程中,最终的转向则必须通过髋关节的偏转才能实现。针对双足机器人转向时的步态规划问题,利用关节转向角进行多项式插值的方法,对机器人转向时的步态进行了规划。通过MATLAB和ADAMS建立虚拟样机,对步态规划结果进行仿真,仿真结果验证了步态规划的正确性。