仿蝗虫跳跃机器人起跳过程运动学建模及分析

根据蝗虫的身体构造及跳跃运动的特点,提出了仿蝗虫间歇跳跃机器人的机构模型。在建模时,将该模型抽象为平面刚性连杆机构,采用机器人运动学分析的D-H法,建立了各构件之间的运动学关系。基于跳跃运动的力学原理,采用关节轨迹规划的方法,分析了起跳过程中各杆件的位姿变化,并仿真了其起跳过程,证明了分析方法的可行性。研究了关键因素对跳跃性能的影响,为进一步分析及机器人的详细设计奠定了理论基础。     

一种仿蝗虫跳跃机器人的能量转换机制及跳跃稳定性设计

通过对蝗虫蹬腿跳跃方式的模拟,研制了一种新型的可连续跳跃的机器人。在研究起跳过程能量转换机制的基础上,设计了扭簧弹跳机构。扭簧在减速电机和机身轨道的共同作用下,完成连续的腿部收缩和起跳过程,同时可以实现稳定着陆以保证多次跳跃。为进一步增强跳跃机器人在不同表面起跳的适应能力,通过建立蝗虫钩爪的抓附模型,分析了蝗虫在不同粗糙度表面起跳中脚垫与钩爪的协同作用,设计了黏附垫与钩爪共同作用的仿生跳跃底座结构。     

仿蝗虫跳跃机器人起跳阶段刚柔耦合分析与研究

仿生机器人所展现出的特有功能与广泛应用前景,越来越成为工程界的研究热点。依据蝗虫身体结构特点,采用齿轮、凸轮传动,弹簧储能等机构部件,构建仿蝗虫跳跃机器人模型。在膝、踝关节加装扭簧变为柔性关节,运用RECURDYN软件进行多体动力学仿真,运用ANSYS对跳跃结构进行受力分析和模态分析。仿真结果分析表明:柔性关节的引入,增加结构稳定性,可提高膝关节驱动力,跳跃腾空高度达到自身尺寸的7倍左右。此外,通过模态分析,可确定胫节与跗节在低阶模态振型下的固有频率。此研究对仿蝗虫跳跃机器人机构的柔性化因素对跳跃效果的影响有理论借鉴作用,为下一步优化系统结构,提高可靠性奠定基础。     

可变起跳角度的球形跳跃机器人跳跃分析及其优化

针对跳跃机器人越障时自主控制与调整的局限性,设计了一款可变起跳角的球形跳跃机器人,该机器人采用C₆₀结构镂空外壳和平台调姿机构可实现变角度跳跃目标。通过分析机器人起跳、滞空、落地的运动过程,采用拉格朗日方程对机器人跳跃过程动力学进行建模。建立了起跳角对速度的影响方程,并针对单足跳跃过程,揭示起跳过程中打滑现象的产生与摩擦角之间的关系。基于机器人动力学方程,研究跳跃机器人面对越障时,与障碍物距离和起跳角度对跨越和爬升的影响。最后,利用ANSYS对其动力学进行仿真分析,有效保障了机器人跳跃任务的顺利完成,为球形跳跃机器人规划问题奠定了理论基础。     

曲线脚和尾巴对仿袋鼠跳跃机器人着地稳定性影响研究

以袋鼠为仿生研究对象,考虑其生物特性,建立考虑尾巴的5刚体机构模型.应用ZMP理论得到该模型的稳定性判据及稳定着地的实现方法,结合实例,运用MATLAB软件编程进行了仿真计算分析,得到尾关节转角规律,并通过与真实袋鼠运动姿态对比,验证了该方法的正确性,揭示了脚部形状和尾巴对仿袋鼠跳跃机器人着地稳定性的影响.     

仿蟋蟀机器人跳跃运动学研究

基于对蟋蟀的身体结构及运动的研究,提出了仿蟋蟀机器人跳跃机构的分析模型,采用D-H法,建立了机器人着地阶段的运动学方程,给出了机器人在跳跃过程中的运动姿态及躯体质心的运动轨迹表达式,建立了机器人躯体质心与关节转角间的微分运动关系及速度分析方法.结合实例对机器人进行了运动学仿真并对结果进行讨论.研究结果与生物学实测结果相近,从而证明了仿生跳跃机构模型的可行性和运动分析方法的有效性.     

仿人型爬杆机器人的设计

仿人型爬杆机器人的设计,通过模仿人爬树的动作,即用双手和双脚分别夹放树干,配合身体伸缩实现上下爬行,从而实现爬杆机器人的蠕动式爬升。由于蜗轮蜗杆承载能力强并且具有很好的自锁能力,在需要具有很强自锁能力的机械中,蜗轮蜗杆机构被广泛应用。爬升部分采用电机正反转驱动蜗杆带动蜗轮旋转,通过带动四杆机构的摆动,实现爬升的动作,并对爬升过程中的杆进行了受力的分析,确定了其爬升的必要条件。     

仿袋鼠机器人跳跃运动步态的运动学

提出了仿袋鼠跳跃机器人机构模型及运动学研究的方法。基于对袋鼠的运动结构及录像资料的研究,提出了仿袋鼠机器人单腿四杆跳跃机构的分析模型,采用D-H法,建立了机器人着地与腾空两个阶段的运动学方程, 进行了正运动学研究,给出了机器人在跳跃过程中的运动位姿及躯干质心的运动轨迹表达式,并利用雅可比矩阵建立了机器人躯干质心与关节之间的微分运动关系及速度分析方法。采用Matlab编程,结合实例对机器人进行了运动仿真运算,对结果进行了分析讨论,解释了袋鼠跳跃运动跃远度大而耗能低和运动稳健的运动机理。研究结果与录像观察和生物学实测研究结果相吻合,从而证明了这一仿生跳跃机构模型的可行性和仿生机构运动研究方法的有效性。     

仿袋鼠柔性跳跃机器人的驱动力特性研究

依据袋鼠生物体的运动结构和跳跃运动特点，利用扭转弹簧模拟其关节柔性和肌肉的储能作用，提出仿袋鼠柔性跳跃机器人的伪刚体机构模型。应用凯恩法建立仿袋鼠跳跃机器人的动力学方程。基于MATLAB6．5，结合实例对机器人的运动和驱动力特性进行了仿真分析。分析结果表明：利用柔性机构可降低仿生跳跃机器人跳跃运动所需关节驱动力和能量消耗，同时也揭示了袋鼠跳跃运动快而耗能低的规律。     

仿袋鼠机器人腾空阶段跳跃运动特性研究

针对袋鼠生物体结构及其腾空阶段的运动特点，提出了仿袋鼠跳跃机器人腾空阶段的运动特性分析方法。采用D—H法建立了仿袋鼠跳跃机器人腾空阶段的运动学分析模型，基于拉格朗日方法推导了其腾空阶段的动力学方程，最后利用MATLAB结合实例对此模型进行了仿真分析。结果表明，仿袋鼠跳跃机器人的髋关节和膝关节对于整个机器人的空中姿态调节有着决定性的作用。研究结果为仿袋鼠跳跃机器人的试验研究和驱动器的选择提供了理论参考。     

基于ADAMS的八连杆压力机的优化设计

运用ADAMS建立了多连杆压力机传动机构的虚拟样机模型,并建立了传动机构运动不干涉约束条件。以滑块在工作行程内速度波动量最小为优化目标函数,对八连杆传动机构进行了优化设计。优化结果表明,优化之后滑块速度曲线有所改善,滑块在拉伸区内速度波动量较小,减小了滑块对板料的冲击,可延长模具的使用寿命。     

基于RecurDyn的八连杆机构参数化设计及优化

以大吨位冲压压力机中的闭式八连杆机构为研究对象,根据滑块总行程、最大拉伸深度、有效拉伸过程中的最大拉伸速度等3项要求,对其进行杆系尺寸优化设计.在RecurDyn平台上建立了八连杆机构的参数化模型,经过运动学仿真,获得滑块的位移和速度曲线.基于位移曲线获得滑块总行程,基于速度曲线及有效拉伸过程中的最大拉伸速度要求获得可...     

一种稳定跳跃型机器人的设计与空中姿态控制

针对现有跳跃机器人跳跃时空间姿态旋转问题,从结构与运动控制上入手,设计一种稳定跳跃型机器人。基于弹簧倒立摆跳跃模型在平行四杆机构的基础上设计了一种新型八连杆机构,并利用离合式行星轮结构设计了一种靠卷绳实现能量蓄积与释放装置。利用拐点圆及最小残差理论对末端轨迹进行了近似直线优化处理,并建立了跳跃结构的运动学、动力学模型,进行了跳跃仿真测试。设计了基于模糊PID控制理论的双闭环反馈控制系统,并搭建联合仿真模型从结构动力学及姿态控制系统上进行整体仿真测试。结果表明机器人具备结构上的稳定起跳基础,并通过空中姿态控制实现跳跃后稳定姿态的保持,整体实现了稳定跳跃。     

受生物启发的扑翼飞行器弹跳机构概念设计

针对扑翼飞行器自主起降能力缺失、严重影响其适用场景的问题,开展了仿生弹跳机构设计研究。对鸟类跳跃起飞过程中典型的运动状态进行分析,结合其各阶段的后肢骨骼结构、重心、力、速度等运动变化规律,对扑翼飞行器弹跳起飞动态过程进行了设计。基于鸟腿的骨骼解剖学结构,设计了闭链齿轮-五杆仿鸟腿弹跳机构,并基于D-H法推导出弹跳机构运动学方程,利用拉格朗日方程建立了弹跳机构起跳阶段的动力学方程。对弹跳机构进行了详细结构设计,采用ADAMS对简化的弹跳模型进行了仿真分析。仿真结果显示,借助该仿生弹跳机构,扑翼飞行器系统质心速度达到8.4 m/s,大于“信鸽”飞行器起飞所需的速度7.9 m/s,具备弹跳起飞的可能性。     

拉延压力机八杆机构的优化设计

运用杆纽法时压力机八杆内滑块机构进行了运动分析，在此基础上，提出了用拉深区速度波动量、拉深速度、拉深深度．拉深角为评价压力机八杆内滑块机构性能优劣的指标，采用一维步长搜索法对机构进行了优化设计，优化出多组拉延性能好于原机构的方案。     

单自由度八杆仿生机构构型与尺度同步设计方法

单自由度八杆仿生机构杆长参数较多,是仿生机器人领域研究的难点之一。为提高设计效率,提出一种构型与尺度同步设计方法。在选定的运动链和机架的基础上,以不等式形式分步给出运动可行性及外形约束条件,使得上一步的杆长可作为下一步求解的已知值。通过该过程,在得到八杆仿生机构构型的同时,快速得到所有杆长的初步可行域。循环上述过程,逐步缩小约束条件的范围,可使得八杆机构的杆长快速接近目标值。在此基础上,分类讨论了连杆搭接顺序、约束条件及基本运动链的差异对求解难度及构型结果的影响。利用所提出的单自由度八杆仿生机构的设计方法,在对初始条件进行合理选取的前提下,可在初步得到构型的同时将杆长限定在较小范围内,实现了构型与尺度的同步设计。该方法还可应用于其他单自由度机构的设计当中,具有较好的借鉴意义。     

仿青蛙跳跃机器人控制系统设计

基于PC上位机和DSP嵌入式控制器,结合机器人特有的机械本体结构和运动方式,研制了仿青蛙跳跃机器人的控制系统,以实时采集多种姿态传感器信息,控制直流电机和舵机工作。通过半自主式控制,实现了姿态调整和跳跃运动。     

一种具有跳跃能力的自平衡两轮机器人动力学建模与越障控制

针对传统机器人越障能力不足的问题,结合本实验室设计的一种具有跳跃能力的自平衡两轮机器人,建立了机器人的动力学模型.分析了两轮机器人最大可控角的影响因素,建立了弹跳准备阶段的模糊滑模控制器,实现对机器人摆角与移动速度的控制.对机器人在起跳阶段做了动力学分析,对机器人在腾空阶段的运动做了动力学分析,同时根据障碍物外形,对其越障运动做了轨迹规划.最后,通过仿真与实验研究,验证了所建立的跳跃越障控制方法的有效性.     

基于阻抗特性的六足机器人动态稳定性

针对六足机器人在崎岖路面行走时,易受到外力干挠发生倾覆失稳的问题,提出一种考虑外力、重心位置、支撑面倾角、运动特性以及机器人阻抗特性的动态稳定性分析方法。建立机器人正运动学和重心求解理论模型,对机器人的实时重心与足端位置进行求解,将机器人绕足端支撑边界的倾翻动作等效为机械旋转系统,在规范化能量稳定裕度判定方法的基础上,建立基于阻抗特性的机器人动态稳定性数学模型,分析不同因素对机器人动态稳定性的影响规律。研究结果表明,机器人阻抗特性极大地提高了机器人的动态稳定性。