四足仿生机器人单腿系统

为实现四足仿生机器人动步态行走,设计一款基于液压驱动方式的机器人仿生单腿系统.首先,在四足哺乳动物肌肉-骨骼结构分析的基础上,确定了机器人单腿的自由度配置;其次,通过机器人在平坦路面上的行走运动仿真,获得关节输出特性;随后,在仿真研究的基础上,完成了关节驱动机构设计、液压驱动器选型、4自由度单腿设计以及控制系统设计;最后,搭建单腿子系统性能测试平台,并完成了单腿纵向弹跳实验.弹跳实验验证了机械结构和控制系统设计的正确性和相关控制算法的有效性.     

液压驱动四足机器人控制系统开发

针对液压驱动四足机器人的结构特点和自动化运动需求,设计基于CAN总线通信的分层式控制系统,分为远程监控层、规划控制层和执行控制层三层,并按照控制系统总体设计方案进行硬件系统和软件系统开发;该控制系统应用基于WINDOWS的PC机和基于ARM开发的触摸操控板进行远程监测和控制,采用基于QNX的PCI/104单板机对机器人的运动进行规划,选用DSP作为执行机构处理器,从而构建了一个具有工作性能稳定、实时响应快、结构紧凑等特点的控制系统平台;软件系统采用模块化设计的思想进行开发,提高了控制系统的扩展性;最后,通过对液压缸运动的控制实验,验证了该控制系统的稳定性和可靠性。     

四足仿生机器人嵌入式多关节伺服控制器的研究

介绍了DSP芯片TMS320LF2407的原理,开发了基于CAN总线的多关节伺服控制器．针对四足仿生机器人关节控制的应用,在DSP中采用流水线采样策略和带修正函数的自调整模糊控制规则,有效地克服了机器人关节轨迹跟踪控制中耦合、力矩非线性等因素的影响．控制驱动的集成化提高了移动机器人的速度和负载容量．     

基于VMC仿生四足机器狗步态设计

无论是草原上奔驰的猎豹,还是在悬崖峭壁上攀岩的野山羊都表现出了四足动物非凡的运动能力。相比于生活中日常使用的汽车、自行车等交通运输工具,四足动物不仅可以高效、敏捷地运动,还可以凭借自身四足的优势以适应不同的地形。它们可以通过调整自身步态来适应不同的自然环境,或而疾跑或而跳跃,将如此出色的运动能力复制应用到机器人身上。     

基于ARM9的四足机器人控制器设计

针对液压驱动的四足机器人复杂实时控制的问题,提出了一种以ARM9为内核的嵌入式控制系统的设计.该控制系统采用RS232串口和监控机进行通信,控制层采用一个主控制器和4个子控制器的分布式控制系统,主、子控制器之间采用CAN总线通信.实验证明,系统设计合理,运行稳定可靠,能较好地完成四足机器人对控制系统的实时性要求.     

基于COMX的机器人伺服控制器设计

为了配合EtherCAT协议在机器人控制系统上的使用,本文提出了基于COMX和STM32的机器人伺服控制器解决方案。介绍了COMX模块的功能及结构,设计了基于FSMC的接口电路来控制COMX,并设计了COMX驱动和伺服控制器的应用软件。最后搭建实验平台以测试通信功能和分析转发延时,验证了本方案的可行性。     

基于四足仿生机器人快递配送的研究

简要概述了中国机器人大赛中四足仿生机器人的参赛机制,详细介绍了四足仿生机器人的硬件平台结构以及快递配送项目的软件实现方案;从实践结果来看,仿生机器人具备过减速带、上台阶、过窄桥、下斜坡、过草地等地形障碍以及二维码识别、快递配送和快递投放任务的功能;从参赛结果来看,该机器人取得的优异成绩,验证了本文硬件设计与控制策略的正确性。     

基于AVR和STM32的仿生六足机器人控制系统

本文设计了一种以Arduino为开发平台的控制系统,该控制系统以ATmega328P为主机控制芯片,以STM32F103C8T6为从机控制芯片,并通过串口方式实现通信,集两款控制芯片的优势于一体.本文主要介绍了控制系统的硬件组成和软件算法.经过实物试验,仿生六足机器人可以实现姿态自动调整、稳定行走以及自主避障.本研究内容可为相关领域研究工作提供参考与借鉴.     

仿生六足爬行机器人运动控制技术研究

在对生物神经系统结构与功能进行分析和借鉴的基础上,采用模块化分散递阶控制技术对仿生六足爬行机器人进行实时控制,解决了仿生六足机器人实时精确运动控制的问题,并在机器人关节控制模块中运用了模糊小波神经网络控制,实现了机器人肢体运动的快速精确跟踪;通过Matlab进行的轨迹跟踪仿真试验证实：机器人步行足的运动轨迹与期望曲线基本吻合,具有较好的跟踪特性,且误差曲线快速收敛,静态误差趋近于零;由此表明,该机器人控制系统可靠性高,实时性强,具有较好的动、静态特性,以及良好的抗干扰能力和自适应能力,克服了传统控制方法存在的控制模型难以建立、对环境适应能力差等缺点,为仿生六足爬行机器人的进一步研究奠定了坚实的基础。     

四足机器人对角小跑步态下液压驱动单元位置伺服控制特性参数灵敏度研究

高性能四足仿生机器人的关节由高度集成的液压驱动单元(HDU)驱动,液压传动的引入在带来高性能的同时,也增强了非线性和参数时变性等问题,此外机器人各关节复杂多变的载荷特性,也增大了每个关节HDU的控制难度.为了有针对性地进行对角小跑步态的控制补偿,研究了各HDU位置控制特性的主要影响参数.首先,考虑伺服阀动态特性、压力-流量非线性、伺服缸活塞初始位移及摩擦非线性,搭建其位置伺服控制系统.基于HDU实际结构参数和工作参数建立仿真模型.将HDU实测的摩擦力及对角小跑步态下各关节实测的位移与外负载力数据加载至仿真模型中,得出HDU伺服控制的输出位移及负载力仿真曲线,并进行了试验验证.基于位置伺服控制方程,推导含非线性和时变参数的灵敏度方程表达式,进而求解4个关节工况下HDU输出位移对各参数的灵敏度函数.以采样时间内参数变化引起输出变化的最大值及参数变化引起输出变化绝对值的总和为灵敏度衡量指标,给出指标变化柱形图,分析各参数灵敏度变化规律,并对各HDU中供油压力、比例增益、活塞初始位移及外负载力4个参数的灵敏度指标进行试验验证.最后得到了对角小跑步态下影响各关节HDU位置控制特性的主要和次要影响参数,为位置补偿控制器的设计提供了参考.     

步进机器人自适应模糊伺服控制设计

本文提出一种新的模型参考自适应模糊控制器,并应用于步行机器人关节速度伺服控制,实验结果表明,该控制方案国好地解决了转速给定变化范围大和被控对象增益时变问题,改善了控制系统的鲁棒性和动态响应特性。     

液压驱动型四足机器人电液伺服控制系统仿真建模与实验分析

复杂的作业环境和艰巨的作业任务使液压驱动型四足机器人对其伺服系统的精度、速度和力量均比一般机器人在普通情况下有更高的要求。为掌握液压驱动型四足机器人在多种路况下行走时各液压缸的受力情况以及液压系统内流量、压力的变化情况,需要对其虚拟样机进行机械动力系统和液压伺服系统的联合仿真,定性分析电液伺服系统位置、速度等被控对象的特性,并分析PID控制器在四足机器人伺服控制方面的特性与不足。针对传统控制算法在四足机器人控制存在的短板问题,设计了一种非对称前馈补偿模糊自适应PID算法,并利用物理样机进行了实际验证。实验结果为四足机器人电液伺服控制系统硬件、软件和控制算法的设计与优化指明了方向,还为研究四足机器人平稳步态控制策略提供了决策依据和数据支持。     

液压四足机器人的实时分散解耦控制

针对液压驱动四足机器人单腿协调性难以保证的问题,开发了一种实时分散解耦控制系统:基于PC-Based控制系统架构,在RTX环境下模块化了实时控制子任务,并对多任务的处理进行了实时调度,搭建出了机器人的实时分散控制系统框架;针对单腿系统设计了基于PID神经元网络的广义解耦控制算法,并将其嵌入到整体程序框架中,实现了多腿联动的分散解耦控制;物理样机实验表明开发的控制系统能够满足分散解耦控制算法的实时性要求,提高了四足机器人运动的协调性,进而保证其连续稳定地行走,具有一定的独创性与实用价值。     

液压驱动伺服机器人的模糊滑模控制研究

针对液压驱动四足机器人伺服系统非线性和不确定性严重的问题,提出了一种快速响应、鲁棒性好、控制精度高的模糊滑模控制器,并进行了仿真研究.首先,建立了液压驱动伺服机器人的液压动力机构非线性数学模型,利用Lyapunov方法设计了滑模控制器;其次,构造了一个模糊边界层宽度调节器,削弱滑模控制的抖振;最后,分析了参考力、液压参数、供油压力及负载刚度变化对系统输出的影响.仿真结果表明,该控制器对液压伺服力系统非线性和参数变化具有较好的控制效果.该方法用于四足液压驱动伺服机器人的控制是可行的、有效的.     

电动力液压驱动四足双臂机器人的设计与实现

针对定基座机器人在复杂环境下作业能力不足的问题,研制出电动力液压四足双臂机器人,将浮动基座与双臂系统的优势有机结合,能够代替人员完成复杂环境下应急处置、工程作业等任务。详细阐述了四足双臂机器人的机械结构、机载电液动力系统、分布式控制系统以及仿真与操作训练平台的设计与实现。提出基于全身虚拟模型的足底力分配方法与足臂协调运动规划方法,实现了躯干浮动基座与双臂系统的联动,大大提升了机器人的作业能力和效率。通过搭建的仿真与操作训练平台完成单臂作业以及双臂协同作业的仿真,验证了所提出控制方法的有效性,并对机器人操作员进行操作训练。在实际样机实验中,测试了单臂抓取以及双臂协同抓取的能力,证明了四足双臂机器人能够满足复杂环境下移动作业的需求。     

一种粗糙地形下四足仿生机器人的柔顺步态生成方法

传统以刚体动力学为基础的四足机器人运动控制方法对地形误差敏感,无法适应粗糙复杂地形,因此提出一种基于虚拟模型的运动控制方法用于实现四足机器人在粗糙地形下的行走.建立了以足底接触力为约束的高层步行任务和底层运动控制的映射关系.采用弹簧-阻尼-质量虚拟模型对四足机器人进行建模,将四足机器人的步行任务用一系列作用于机体质心的虚拟力去表征,基于各足等效力矩平衡的原则,将笛卡儿空间的虚拟力矢量分配到各支撑足,利用雅可比矩阵把足端力矢量转换为机器人关节空间的关节转矩.针对崎岖的空间3维粗糙地形,建立了机器人躯干姿态与地形的关联参数,通过调整躯干姿态有效扩大了机器人对粗糙地形的适应程度.运动仿真结果表明,机器人可以实现粗糙地形下稳定连续的行走,足底接触力平稳、无冲击,证明了该柔顺步态生成方法的合理性和有效性.