液压驱动双足机器人步态规划及动力学仿真

为实现双足机器人步行运动,提出了一种双足机器人平地行走步态规划算法并对其进行动力学仿真验证。首先利用二维倒立摆模型以及五次多项式分别对机器人质心、踝关节运动轨迹进行规划,再通过建立机器人运动状态几何模型,对运动过程中机器人腿部关节运动轨迹进行规划,得到关节角运动轨迹,借助MATLAB仿真获取机器人下肢各个关节运动曲线。然后利用动力学仿真软件Adams对虚拟样机进行仿真,实现了机器人虚拟环境下的平地稳态行走,仿真验证了步态规划算法的可行性。     

双足机器人平地行走步态规划的研究

为了研究双足机器人平地行走过程中的步态规划问题,在二维倒立摆模型的基础上提出了周期、起步和止步三步规划法,并利用速度和位移约束实现了三个步行阶段的平稳过渡,利用倒立摆简化模型和五次样条多项式插值方法得到各个阶段质心和摆动腿踝关节的轨迹,再根据腿部关节转角简化模型利用几何法求得双足机器人的10个关节角运动轨迹;最后通过ZMP方程检验并在Matlab软件中仿真,验证步态规划的合理性并为机器人后续虚拟样机研制和仿真提供理论依据。     

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。     

双半转腿式机器人运动稳定性分析

提出一种新型的双半转腿式机器人,主要由车体支架、两条轮腿及其轮腿支架组成.根据双半转腿式机器人的步行运动特点,将机器人的一个完整步行周期分为4腿支撑阶段和双腿支撑阶段.针对双腿支撑阶段的稳定性问题,提出3点假设,将机器人的跨步过程简化成一个支点不变、摆长不断变化的倒立摆模型.以机器人平地行走为例,分别建立机器人各杆件的质心坐标方程,并推导出机器人的质心运动方程.根据机器人倒立摆模型,分析影响其运动稳定性的因素.以此为基础,利用MATLAB软件对机器人平地行走时的质心姿态、质心速度以及后跨步杆端部位姿进行仿真,仿真结果表明,双半转腿式机器人的平地运动是稳定的.     

四足机器人静步态连续行走策略

为实现四足机器人在平面上稳定、连续行走的行走,避免出现打滑、冲击等现象,提出一种基于walk步态零冲击足端轨迹规划方法。首先运用DH算法推导出单腿的运动学方程。然后采用直线规划支撑腿时足端的运动轨迹,五次曲线规划摆动腿在水平方向上的足端轨迹,摆线规划摆动腿在竖直方向上的足端轨迹。以静态稳定裕度为评价指标,评价了四足机器人在连续行走过程中的稳定性。最后进行仿真实验,实验结果表明,四足机器人可以在水平面上稳定、连续的行走,验证了算法的正确性。     

一种双足机器人步态规划和运动仿真的研究

通过对人类行走步态的研究,结合双足机器人实际结构,规划机器人行走时的基本姿态及重心轨迹,建立运动学模型,根据规划的行走姿态及轨迹建立运动学方程。应用三维建模软件UG建立双足机器人的简化模型,导入仿真软件ADAMS中生成虚拟样机模型,并通过在Matlab中得到机器人行走的关节运动轨迹对虚拟样机模型进行控制,经仿真后,利用该虚拟样机模型对机器人行走步态进行运动学及动力学分析。应用虚拟样机方法,验证了步态规划的有效性。     

双足步行机器人步态规划方法研究

利用三步规划法对HIT-ROBOCEAN机器人行走步态进行离线规划,使其实现稳定步行.首先通过对人类行走步态的研究,结合双足机器人的实际结构,规划机器人行走时的基本姿态及重心轨迹;再建立机器人运动学模型,根据规划的行走姿态及轨迹建立运动学方程,求解方程得到机器人各关节的运动轨迹;最后,针对前向运动与侧向运动之间的耦合,对得到的运动轨迹进行修正,使机器人行走更加流畅,并通过实验验证了这种步态规划方法的可行性.     

四足机器人的步态仿真研究

在对一种四足机器人的设计和步态规划后,通过仿真技术分析它的适应环境能力和承载能力.在四足步行机器人初始结构参数基础上,用三维软件Pro/E建立机器人仿真模型.该机器人的摆动腿是一种串联机构,在行走过程中,每个腿起到摆动前进和支撑的作用.将模型导入仿真软件完成行走过程,以稳定性为评价指标对机器人进行优化和评价,最后在一定路面上进行一定量的承载和适应环境方面的分析,为智能化机器人提供一种分析方式.     

六足机器人的动力学建模与鲁棒自适应PD控制

分析了六足机器人的运动学特性,建立了摆动腿的动力学模型并采用鲁棒自适应PD控制算法对各关节位置和速度进行了轨迹跟踪仿真研究。首先,根据六足机器人的结构特点定义了机体坐标系及各腿跟关节坐标系,建立了单腿运动学D-H模型,运用数值仿真软件对足端运动空间进行了仿真研究。其次,运用拉格朗日方法建立了六足机器人摆动腿的动力学模型,并对其进行了规范化处理。最后,采用鲁棒自适应PD控制算法对六足机器人的关节位置、速度进行了轨迹跟踪控制的仿真研究。仿真结果验证了该算法对此类机器人关节位置、速度轨迹跟踪控制的有效性。     

下肢外骨骼康复机器人动力学分析与仿真

下肢外骨骼康复机器人动力学模型的准确建立,是实现机器人精确控制的前提条件。文中将下肢外骨骼机器人简化为7杆模型,并将下肢运动周期划分为单腿支撑和双腿支撑两个阶段,采用拉格朗日方法建立外骨骼康复机器人系统的整体动力学模型。通过人体下肢运动的实时动作捕捉及其运动轨迹的数据分析,得到人体正常行走时的关节运动规律,推导出各个关节所需的驱动力矩。利用SolidWorks建立机器人三维简化模型并导入ADAMS软件进行动力学仿真,验证了理论推导的准确性,为机器人电机的选型和控制系统的设计提供了理论依据。     

四足机器人腿部运动空间和足端运动轨迹研究

机器人的单腿的运动空间及足端点运动轨迹决定了所设计的机器人的应用范围。为了研究四足步行机器人摆动腿在一定参数条件下的运动空间大小及足端的运动轨迹,通过对机器人摆动腿正运动学方程,足端点轨迹在y、z轴上对时间的函数进行计算,并将计算结果运用MATLAB软件进行仿真,不仅直观地观测到机器人的运动情况,还得到所需的数据,且以图形的形式显示出来,达到了预期目的。     

基于Simulink/SimMechanics的四足机器人足端轨迹规划及动态仿真分析

针对四足机器人在行走过程中,因摆动相与支撑相之间相互切换造成的足端与地面冲击、振动的问题,提出了一种基于改进型等速运动与叠加摆线运动复合的轨迹规划方法。首先对摆动相的足端在水平方向和竖直方向进行运动规律规划;然后,运用复合运动的方法规划足端轨迹在直角坐标空间中的运动轨迹方程,从而获得足端在直角坐标空间中的位置、速度、加速度等信息;最后,在Simulink中建立四足机器人的动态仿真模型,以四足机器人的Trot步态为例,仿真分析所提出的轨迹规划方法在笛卡尔直角坐标空间和关节坐标空间中的运动特性。仿真分析结果表明,基于改进型等速运动规律与叠加摆线运动规律复合的轨迹规划方法得到的轨迹曲线平滑连续,与复合摆线运动规律相比,在水平方向和竖直方向上都能较长时间保持匀速,整体运动平稳,此足端轨迹规划方法较理想。     

液压驱动单腿跳跃机器人柔顺着地分析与控制

为缓解液压驱动足式机器人动态步态行走时着地瞬间足端冲击对机器人系统及其运动控制的影响,提出了一种基于关节运动规划的机器人柔顺着地控制方法。以液压驱动单腿跳跃机器人为研究对象,分析机器人足端着地冲量,通过选择合适的机器人着地姿态和减小机器人着地前足端速度实现机器人柔顺着地,为此在空中相进行余弦速度曲线关节运动轨迹规划,以及着地相进行余弦函数关节运动轨迹规划。将该方法分别应用于基于MATLAB/Simulink软件建立的仿真模型和试验样机进行单腿竖直跳跃控制实验,仿真和试验结果显示采用该方法的机器人跳跃控制消除了足端着地瞬间地面作用力在膝关节液压缸无杆腔形成的液压冲击,实验结果表明提出的基于关节运动规划的机器人柔顺着地控制方法合理可行。     

基于ADAMS的双足机器人运动学建模及仿真

由于对环境良好的适应性,双足机器人在各领域具有广泛的应用前景,步态规划是其研究重点之一.基于虚拟样机技术,根据双足机器人的行走步态,用D-H齐次坐标变换法建立双足机器人的运动学模型.设定髋部及踝部的运动轨迹,建立逆运动学方程,在MATLAB中求出前向和侧向各关节的运动参数.将求得的参数导入ADAMS中,作为虚拟样机模型的驱动,实现了机器人的静态稳定行走.仿真结果与规划的步态基本一致,验证了运动学模型的正确性,为双足机器人的结构设计和步态规划提供了理论依据.     

履腿组合机器人的三维建模和爬楼运动分析

为适应不同路况,设计了一款新型的移动机器人。它可以实现履带移动和腿式行走两种运动方式,其兼具了履带和腿式机器人的共同优点,并互补了它们的缺点。分析了履腿机器人的运动,提出了一种合理的步行运动方程,有效的避免了足端在运动起始点和终止点冲击,提高了机器人运动的平稳度。根据所建立的运动方程,获得了机器人腿部关节处的运动轨迹。并依据机器人的行走特点,对其爬楼梯运动进行仿真设计,验证了所设计机构的运动方案真实可行。     

非结构环境六轮腿机器人典型路况步态规划及分析

针对非结构环境下六轮腿机器人地形通过性及高效行走问题,在已有并联六轮腿机器人模型的基础上,建立六足轮腿机器人运动学模型,分析机器人在凸起、凹坑、斜坡、崎岖等典型非结构地形下的移动能力,获得典型非结构地形机器人移动能力与机器人构型参数的相互影响关系.进而规划了六轮腿机器人典型大尺度非结构地形条件下的运动步态,通过ADAMS软件仿真验证了运动模型的正确性及运动步态的可行性;研究结果可为六轮腿机器人非结构地形条件下实现高效行走的控制策略提供借鉴.     

非结构环境六轮腿机器人典型路况步态规划及分析

针对非结构环境下六轮腿机器人地形通过性及高效行走问题,在已有并联六轮腿机器人模型的基础上,建立六足轮腿机器人运动学模型,分析机器人在凸起、凹坑、斜坡、崎岖等典型非结构地形下的移动能力,获得典型非结构地形机器人移动能力与机器人构型参数的相互影响关系.进而规划了六轮腿机器人典型大尺度非结构地形条件下的运动步态,通过ADAMS软件仿真验证了运动模型的正确性及运动步态的可行性;研究结果可为六轮腿机器人非结构地形条件下实现高效行走的控制策略提供借鉴.     

非结构环境六轮腿机器人典型路况步态规划及分析

针对非结构环境下六轮腿机器人地形通过性及高效行走问题,在已有并联六轮腿机器人模型的基础上,建立六足轮腿机器人运动学模型,分析机器人在凸起、凹坑、斜坡、崎岖等典型非结构地形下的移动能力,获得典型非结构地形机器人移动能力与机器人构型参数的相互影响关系.进而规划了六轮腿机器人典型大尺度非结构地形条件下的运动步态,通过ADAMS软件仿真验证了运动模型的正确性及运动步态的可行性;研究结果可为六轮腿机器人非结构地形条件下实现高效行走的控制策略提供借鉴.     

液压四足机器人单腿竖直跳跃步态规划

针对机器人跳跃运动落地时冲击力大的问题,面向竖直跳跃运动,以液压四足机器人单腿为研究对象,建立液压驱动四足机器人单腿运动学模型,并分别对机器人单腿处于起跳相、落地相和腾空相时进行轨迹规划;根据关节参数,通过运动学逆解求得驱动函数,利用仿真软件ADAMS进行竖直跳跃步态仿真;搭建单腿实验平台,进行实验验证,依据得到的动态特性,分析步态规划的准确性及合理性,为后续液压四足机器人动步态的研究提供设计和控制依据。     

助力机器腿仿真研究

助力机器腿是为腿部受过轻度损伤，或者因为偏瘫和脑瘫，不能稳定行走的患者设计的一种辅助行走的机器人。建立了基于广义坐标的助力机器腿逆运动学模型，采用三次样条插值规划人体的髋关节和踝关节运动轨迹，结合人体运动的几何约束和运动约束，推导出人体腿部参数化步态模型。采用图像分析方法，得到了人体行走过程中髋关节和踝关节的轨迹，通过比较分析，验证了理论分析的正确性。在Matlab／Simulink，SimMechanics下，进行了机械腿仿真分析，并给出了仿真结果。