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。     

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.     

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。     

仿生液压四足机器人伺服控制器设计

本文结合仿生液压四足机器人的研发指标,设计了基于 STM32F405的分布式电液伺服控制器。控制器伺服总线基于双 CAN 总线设计,将控制指令总线和状态反馈总线独立分离,并基于 CAN 总线通信协议设计了单帧伺服指令。设计了纯数字伺服阀驱动电路,使用 PWM 驱动 MOSFET 全桥方式实现。实验结果证明,仿生液压四足机器人电液伺服控制器符合预期的性能指标要求,达到预想的设计效果。     

仿生猫科机器人的肩腿部运动学分析与结构优化

针对仿猫四足机器人肩腿结构进行研究,对机构进行运动学分析,通过蒙特卡洛法求解机器人足端运动空间。对比不同大小腿长比例下的足端可达空间,对机器人肩腿长度进行优化。将得到的优化结果作为输入,利用虚拟样机技术仿真输出机器人俯仰角和翻滚角曲线,验证机器人优化后的行走稳定性。通过拓扑算例对肩腿结构进行拓扑优化,获得腿部优化后结构形式,为样机试制奠定基础。     

特种机器人行业的新锐——四足仿生机器人

绪论 四足仿生机器人融合了机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科技术于一体,是机械化、信息化、智能化高度融合的典型机电产品,不仅可完成在危险和复杂地形下的侦察、搜索和救援等任务,还可安装多任务载荷以满足不同作业需求,具有机动灵活、生存力强、反应快捷、作业持久等特点.     

基于形状记忆合金的四足步行机器人

利用形状记忆合金（Shape Memory Alloys,简称SMA）作为驱动元件，设计制作四足步行机器人，其动作靠电流的通，断来控制，本文介绍了这种机器人的具体的设计和制作方案，包括该机器人的运动原理，设计要点，结构组成和控制方式，并且对样机的相关参数作了评价。     

窄足爬坡机器人结构及控制电路设计

论述竞赛用窄足爬坡机器人的整体结构以及机器人控制系统硬件部分设计和部分功能的软件实现,结合竞赛要求完成窄足爬坡机器人整体设计安装,经过多次试验调试,机器人达到了完成上坡任务的最佳状态,试验结果表明系统设计的合理性和可行性。     

四足机器人的设计制作与实现

随着科技的不断进步和计算机技术的快速发展,机器人技术越来越受到人们的普遍关注,并在众多领域得到了广泛应用。本文基于仿生学原理,以atmel单片机为控制器的核心,舵机作为驱动元件,通过keil软件编写程序下载到控制板进行控制,做出了机构灵活、价格低廉的四足机器人。     

适用多种环境的救灾勘探四足仿生机器狗

随着自然灾害的频发,救援人员的伤亡人数也在增加,机器人代替人完成救援工作成为研究热点。根据对国际相关领域研究成果的分析,设计了一款稳定性高,环境适应能力强的仿生四足机器狗。全身支架采用铝合金打造,腿部采用碳纤维打造,搭配大扭矩电机,结合六自由度机械臂,实现不同地形环境下的前进方式转换。基于前肘后膝式的腿型设计并结合ADAMS仿真,实现稳定行走。结合气体检测和图像识别模块,实现救灾现场的环境勘探和搜救任务。基于稳定裕度最优化的原则,采用对角步态的行走步态控制方式。公布了8自由度前肘后膝X腿型式四足机器狗机械设计及其步态控制方案。     

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．     

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.     

Design of a Quadruped Robot for Motion with Quasistatic Force Constraints

This paper presents a novel design of a four-legged spider robot capable of moving in a wide range of two-dimensional tunnels. The robot moves in a quasistatic manner, by stably bracing itself against the tunnel walls while moving its free parts to the next position. The design has been strongly influenced by the recent immobilization theory of Rimon and Burdick (1998a, 1998b). The theory dictates the minimum number of limbs such a mechanism can have, as well as the curvature of the mechanism footpads. The class of tunnel geometries dictates other key parameters of the robot, such as limb dimensions and number of degrees of freedom of each limb. We review the relevant components of the immobilization theory and describe its implications for the robot design. Then we describe our choice of other key design parameters of the robot. The spider-like robot will move under a worst-case assumption of slippery tunnel walls, and we also describe a locomotion strategy for the robot under this assumption. Finally, we describe an immobilization-based control algorithm for executing the motion strategy. The robot has been built, and experiments verifying its robustness with respect to leg-placement errors are described.     

连续电驱动四足机器人腿部机构设计与分析

提出了一种四足机器人腿部的连续电驱动（即电机整周转动驱动腿部实现摆转跨步动作）方案,设计了一种具有由切比雪夫机构、五杆机构组成的2自由度双曲柄复合连杆机构的机器人腿部结构．分析了动物的足端轨迹特性,采用轨迹圆滑、无突变、导数连续的椭圆曲线规划了机器人足端运动轨迹．以规划的足端轨迹再现为优化目标,采用遗传算法与fmincon函数内点法计算得到了腿部机构杆长的最佳尺寸．在此基础上,建立了机器人仿真模型,通过Adams仿真分析了机器人腿部机构的足端运动特性,并研制了腿部结构性能测试平台．完成了单腿足端运动轨迹跟踪实验,验证了腿部结构设计方案的可行性．     

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。     

Bionic Quadruped Robot Dynamic Gait Control Strategy Based on Twenty Degrees of Freedom

Quadruped robot dynamic gaits have much more advantages than static gaits on speed and efficiency, however high speed and efficiency calls for more complex mechanical structure and complicated control algorithm. It becomes even more challenging when the robot has more degrees of freedom. As a result, most of the present researches focused on simple robot, while the researches on dynamic gaits for complex robot with more degrees of freedom are relatively limited. The paper is focusing on the dynamic gaits control for complex robot with twenty degrees of freedom for the first time. Firstly, we build a relatively complete 3D model for quadruped robot based on spring loaded inverted pendulum (SLIP) model, analyze the inverse kinematics of the model, plan the trajectory of the swing foot and analyze the hydraulic drive. Secondly, we promote the control algorithm of one-legged to the quadruped robot based on the virtual leg and plan the state variables of pace gait and bound gait. Lastly, we realize the above two kinds of dynamic gaits in ADAMS-MATLAB joint simulation platform which testify the validity of above method.