四足仿生机器人斜面行走的运动研究

以岩羊为仿生对象,开发出一款适用于山地行走的四足机器人,重点研究其斜面运动。首先对三段式的腿部结构进行运动学建模,然后对机器人的斜面直线行走做出规划,最后进行仿真验证。仿真结果表明,机器人可以在斜面上保持连续平稳地运动;给出了一种通过控制身体俯仰角来实现斜面连续平稳运动的方法,为四足机器人实现山地环境的运动提供了参考。     

足式机器人单腿缺失故障的容错行走研究

在足式机器人作业时,由于环境因素而导致腿部缺失的现象时常发生。单腿缺失的机器人按照原有的控制方式将无法继续行走甚至站立。为了提高机器人应对实际复杂环境的可持续工作能力,在无附加装置的条件下,提出一种调整后腿侧摆关节,增加稳定相的控制方法。通过对受损后的机器人进行静力学分析计算,得到机器人腿部侧摆关节旋转角度的最优解为21°。按一定梯度选取相邻系列角度值进行仿真试验对比,发现侧摆关节角度为21°时机器人的翻滚角始终在-2°~2°之间变化,并且增加稳定相后机器人的翻滚角变化幅值在16个步态周期后衰减了10.8%,从而验证了所提控制方法的有效性与正确性。     

足式机器人单腿跳跃仿真与实验

针对跳跃运动足地冲击大的特点,基于仿生学设计一种液压驱动四足机器人单腿,分别建立单腿着地相和飞行相的运动学和动力学模型。为了满足单腿跳跃性能要求和减少足地冲击,提出基于三次曲线轨迹跟踪的跳跃方法。使用MSC.ADAMS和Simulink对单腿竖直跳跃过程进行仿真,并搭建了单腿竖直跳跃实验平台和闭环控制系统。     

足式机器人弹簧负载倒立摆模型控制方法研究

将足式机器人运动模型简化成具有集中质量的机体和无质量的腿两部分,运用三分控制算法(弹跳高度、前进速度和机体姿态)对弹簧负载倒立摆模型进行控制,通过ADAMS与MATLAB的联合仿真结果表明该三分控制算法能够对弹簧负载倒立摆模型实现有效的控制,对足式机器人动力学控制具有重要的意义。     

四足机器人单腿系统及其跳跃柔顺控制的研究

为了解决四足机器人运动过程中的着地冲击力问题,设计了 一种基于力的阻抗控制的柔顺控制方法.以四足机器人单腿系统的结构为基础,对其进行运动学分析,进一步求解其速度雅克比矩阵和力雅克比矩阵.将单腿系统简化为"质量-弹簧-阻尼"模型,分析研究单腿系统的跳跃运动特性并规划质心运动轨迹.基于阻抗控制的思想,设计了基于力阻抗控制方...     

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.     

含有关节型腿的四足机器人跳跃步态研究

建立了具有非线性刚度的关节型腿的质量-弹簧倒立摆模型,根据拉格朗日方程建立该倒立摆的运动方程,给出了倒立摆在跳跃运动周期中各运动相的转换条件,通过数值计算证明了倒立摆能够实现稳定的跳跃运动;建立了四足机器人跳跃步态的分析模型,通过数值方法构建了跳跃步态的庞加莱映射,通过牛顿迭代法寻找不动点,数值计算证明了四足机器人以某不动点为初始条件能够实现稳定的跳跃步态.     

六足机器人行走步态的协调控制

利用光电开关作为六足机器人步态检测传感器,使机器人能够按照三角步态进行行走。介绍了六足机器人三角步态的行走原理、步态调整方法和光电开关的硬件电路。     

新型六足爬行机器人设计

采用了仿哺乳类的腿部结构,并针对这种腿部结构设计了六足的行走方式,通过对12个步进电机的控制,采用三角步态,实现了六足机器人的直行功能.仿真及试验证明,这种结构能较好地维持六足机器人自身的平衡,并且对今后更深入地研究六足机器人抬腿行走姿态及可行性,具有较高的参考价值.     

基于多传感器的足式机器人路径规划系统研究

采用全球定位系统（GPS）、数字罗盘和超声波传感器,构建了足式机器人路径规划系统,对多个传感器的数据进行融合,建立了导航和避障的算法模块。试验验证,机器人按照该算法能够简单避障并到达目标点。     

考虑足地作用的足式机器人环境表征与路径规划

足式机器人在行走过程中,足端与地面之间的相互作用影响机器人的地面通过情况。足地作用与地表的几何形状和地面的物理特性息息相关,因此仅基于几何特性地图进行路径规划难以满足野外环境下规避松软沙土等非几何危险的需求。针对该问题,考虑足地作用力学提出包含几何与物理特性的环境模型进行足式机器人路径规划。通过简化和统一软硬地面下的足地作用模型,提出表征地面法向松软特性和切向摩擦特性的参数化指标,结合几何特性构建更全面的环境模型。综合考虑影响机器人通过性的地面几何与物理特征,重构路径规划的优化目标,通过图搜索算法实现最优路径规划。以六足机器人Elspider为对象进行仿真和试验,验证了所提出的方法能够有效规避非几何危险,实现了更安全、通过性更强的路径规划。     

深空着陆探测足式机器人发展综述

介绍了世界主要航天大国关于深空着陆探测足式机器人的研究现状,对比分析了不同类型足式机器人的优缺点,从硬件与软件设计方面剖析了足式机器人在深空着陆探测任务中尚未工程化的主要问题.以此为基础,提炼出感知融合化技术、控制智能化技术、形态可重构技术、多机协同化技术等深空着陆探测足式机器人发展的关键技术,为中国研制深空着陆探测领...     

双足步行机器人的下肢机构设计

为使足行拟人机器人的下肢机构结构更加紧凑灵活,提出了一种串并联结构相结合的双足步行机器人下肢机构设计方案。在该方案中,设计了二自由度的并联机构作为十字交叉的二自由度关节结构,并用于二自由度的踝关节和两个方向转动的髋关节。设计了单自由度平面连杆机构用于膝关节和一个方向转动的髋关节。详细描述了足行机器人下肢机构的踝关节、膝关节和髋关节的结构设计,为双足机器人的步态控制打下基础。     

一种简易足式移动机器人

描述了一种结构简单的双三角足式移动机器人，分析了该机构的行走步态及控制原理。该机构模仿六足昆虫的行走步态，具有三个自由度，分别由三个直流电机控制。电位器可实现单片机对直流电机的闭环控制，反射式光电传感器和行程开关使得六足机构自身具有一定的反应能力。对样机进行了实验，实验结果表明该机构机动性好，运动平稳。     

足式机器人轻量化液压油源匹配设计方法研究

液压油源是足式机器人液压驱动系统的核心供能元件,将电能产生的机械能转化为油液的压力能,为驱动机器人各关节运动提供动力源。液压油源质量一般占据足式机器人整机质量超过20%,实现油源的轻量化,将有助于提升足式机器人的续航能力、机动性和承载能力。传统液压油源设计过程中更关注性能,在轻量化匹配设计方面还有待进一步完善。首先进行足式机器人轻量化液压油源的原理设计;其次将液压油源以功能为依据进行模块划分,分析液压油源各模块质量影响参数;针对质量与体积占比较大的电机泵进行匹配研究,针对蓄能器模块进行参数轻量化分析;针对集成阀块的轻量化设计,研究流道构建与元件排布原则;成功研发一种轻量化液压油源样机;最终形成了一种足式机器人轻量化液压油源匹配设计方法,有助于实现足式机器人液压驱动系统的轻量化。     

足式机器人轻量化液压驱动执行器质量建模及灵敏度分析

液压驱动执行器是航空航天、机器人和工程机械等高端移动装备中的核心执行元件,是液压系统的“肌肉”。对液压驱动执行器进行轻量化设计是提升上述高端移动装备的续航能力、机动性和承载能力的主要途径之一。以适用于足式机器人腿部关键驱动的液压执行器为研究对象,首先建立执行器各部件精确质量模型。然后,采用可以定量评估参数对模型影响的基于Sobol的全局灵敏度分析方法,并结合蒙特卡洛数值模拟方法增强其分析效率,揭示了质量参数变化对执行器质量的影响规律,最终得到了影响液压驱动执行器质量的关键参数,并通过系统建模验证了灵敏度分析结果的准确性。同时,所采用的分析方法为通用方法,可对不同液压驱动执行器进行质量建模并进行灵敏度分析,为其轻量化设计提供重要理论参考。     

绳牵引并联机器人完备干涉判定条件推导

为克服以往因干涉分类不清晰、推导不完备而造成的在绳牵引并联机器人干涉计算中所存在的误判和漏判问题,推导包括各类干涉情况的完备判定条件并提出干涉求解策略。在明确干涉分类的基础上,根据绳与绳以及绳与末端执行器边缘之间公垂线垂足位置关系的各种情况,推导绳与绳干涉以及绳与末端执行器边缘干涉的数学判定条件;证明绳与末端执行器面干涉的充分必要条件。在此基础上,提出一种适用于绳牵引并联机器人的干涉求解策略。通过对一个典型的绳牵引并联机器人的干涉问题进行求解与对比分析,表明所导出的完备干涉判定条件可较传统方法更合理地确定干涉区域,从而为更准确地实施绳牵引并联机器人的控制奠定了理论基础。     

遥控移动机器人触觉感知接口的实现

传感器技术在力反馈方面的发展促进了遥操作移动机器人技术的发展,在原有遥控技术基础上,增加了力反馈传感器,这样提供给远方操作者的除了图像和导航信息外,还有触觉信息,因此改进了遥控性能,文章描述了用力反馈操作杆实现的移动机器人触觉感知接口的软硬件实施方法,及通过网络实现的遥操作。