轮式移动宜人机器人可变刚度腰部机构设计

轮式移动宜人机器人是一个仿人机器人技术研究平台,它由正交轮式移动平台、腰部、双臂、躯干及头部组成。仿人机器人腰部的构成对其运动学、动力学性能起着重要的作用。分析了目前仿人机器人腰部机构存在的问题,提出了一种具有可变刚度特征的仿人机器人腰部设计方案。设计方案使仿人机器人具有良好的柔顺性,提高了机器人与人协作时的安全性、稳定性和抗干扰能力。着重分析了腰部机构的运动学、动力学以及可变刚度特性。     

气压式仿人机器人的腰部设计与运动仿真

提出了一种新型的气压式仿人机器人腰部机构,它具有结构简单和运动稳定的特点。气压式仿人机器人腰部的运动受到手部、头部和腿部等关节力矩的影响。在对机器人进行简化之后,依据高效-欧拉算法,对该仿人机器人进行整体建模,导出腰部俯仰和侧转关节的动力学模型。从动力学上分析,机器人腰部手部和腿部的运动以及外力(矩)等的影响。在Pro/e3.0上建立仿人机器人腰部结构模型,然后导入ADAMS中进行动力学仿真研究,验证了该模型的正确性。     

轮式移动机器人运动稳定性分析

仿人机器人腰部机构具有调节系统平衡、协调系统运动的作用,其系统的稳定性直接决定着躯干上肢运动的稳定性.应用零力矩点(ZMP)平衡理论建立了腰部机构的静态与动态稳定性方程,并得出了相应的零力矩点(ZMP)位置.运用SolidWorks/COSMOS分析工具对轮式移动机器人在静止条件下的应力应变进行分析,通过建立腰部机构的实体模型,确定关键点的应力情况,为分析仿人机器人的腰部机构稳定性提供了理论与实验依据.     

仿人机器人腰机构控制及分析实验平台研究

介绍了一种新型的仿人机器人两自由度腰部结构,给出了该机构两个伺服电机的PID控制策略,建立了基于PC机CAN卡的网络控制平台,该平台可实现腰部机构的实时控制及实时机构控制响应特性分析,该平台还具有扩展性强、成本低的特点.     

一种机器人结构设计及运动学分析

仿人机器人是机器人领域的重要组成部分,其特性分析涉及机械、电子、材料等学科.由于仿人机器人能够模仿人类行为和动作,能更好地为人类服务,已成为当前的研究热点.大部分仿人机器人搭载大量的智能软硬件,但本体设计仍然存在缺陷,尤其是仿人机器人腰部结构设计,创新性不足,制约着整体的功能发挥.基于此,设计了一种仿人机器人腰部结构,具有一定的创新性.运用旋量理论对其位姿进行计算;通过Adams和Matlab进行仿真拟合;进行了实验验证,证明了结构设计的合理性及可行性,为机器人动力学分析打下基础.     

腰部调整对仿猫机器人跳跃轨迹的作用分析

猫是一种灵巧擅长跳跃的动物,分析猫的跳跃,有助于启发改善跳跃机器人的机构,提高机器人跳跃灵活性。以家猫作为模本,提出了有腰部结构的仿猫机构模型,研制出仿猫机器人,利用动量守恒和拉格朗日方程,建立了机器人空中动力学模型。最后令机器人模仿一家猫跳跃过程中的腰部运动,观察机器人在空中不同情况下后脚尖的运动轨迹,得出结论机器人在空中的利用腰部进行姿态调整可以增加机器人越障高度,为机器人应对突发状况提供参考。     

智能控制在可变形仿人机器人中的应用研究

针对可变形仿人机器人建模难,本文提出了一种基于传统PID控制、通过神经网络进行函数拟合和利用模糊控制进行尺寸分解的可变形仿人机器人的尺寸变形控制策略.在Slmulink/SimMechanics环境下,调试末端执行机构PID控制器,训练BP神经网络进行函数拟合和设计模糊控制器,实现了对可变形机器人腰部关节的尺寸变形控制.通过实验证明了本文所提出的控制策略的正确性和可靠性,为进一步的实际应用提供了可靠的理论依据.     

仿人机器人的腰部结构设计及动力学分析

针对目前市场上机器人各运动关节都需要靠伺服电机驱动的情况,设计了一台具有躲闪功能的仿人机器人。采用单电机驱动并通过控制电磁离合器的状态,实现腰部关节的运动,最终完成机器人的躲闪动作。为了验证其主要零部件选型的正确性和结构设计的合理性,运用拉格朗日函数对机器人躯干结构进行了动力学研究;然后利用ADAMS软件对机器人虚拟样机进行动力学仿真分析,得到相应的关节转矩曲线;最后,完成机器人实物装配并通过实验测试对机器人躲闪功能进行了验证。     

仿鳄鱼水陆两栖机器人机构优化设计与试验验证

在分析国内外两栖仿生机器人研究最新进展的基础上,以鳄鱼为生物原型,设计一套两栖机器人爬行与游动复合机构。在对复合仿鳄鱼机构进行的仿真优化过程中,得出使得机器人运动效果最优的一组身长与腿长的比例为17:13。认为在腰部扭转的角度一定时,机器人的运动性能随着腿长与身长比例的增加而渐优;而在腰部转到极限扭转角的情况下,机器人运动性能随着腿长与身长的比例增加呈现近似抛物线规律。设计制作仿鳄鱼两栖机器人的原理样机,并进行爬行与游动试验。试验结果表明,使得机器人运动效果最佳的运动频率是2Hz。     

一种仿人机器人头部的机械结构设计与动态仿真

仿人头部的机械结构设计一直以来都是仿人机器人设计的重点和难点.由于头部空间狭小,运动机构较多,需要在有限的空间里完成相对复杂的结构设计且各运动之间不允许干涉.针对这些问题,主要介绍了一种基于Pro/E的仿人机器人头部结构设计,按照真人尺寸完成了机器人头部的虚拟装配和静态情况下的干涉检验,对机构的运动形式进行了动态仿真分...     

类人机器人腰部关节平衡作用研究与仿真

在双臂协调行为的研究中,对于类人机器人不仅涉及到双臂避碰、协调运动的轨迹规划等问题,还涉及到双臂动作时对身体ZMP的影响。当类人机器人搬动物体或执行其他工作时,由于身体质心的变化或者是质心加速度的变化对原来的运动平衡性造成影响。因此,我们在双臂协调的行为研究过程中,不得不考虑上体运动对身体ZMP的影响。这里通过调整腰部关节角度实现机器人在搬动物体时的静力学平衡,分析了通过腰部关节力矩调整实现机器人动平衡的方法,并给出了类机器人双臂搬运物体移动的仿真实例。     

类人机器人腕用六维加速度传感器的理论研究

类人机器人灵巧手抓取过程中的惯性力会影响到抓取的鲁棒性,为了消除惯性力的影响,需要检测出加在手上的空间加速度反馈给控制系统,以确保抓取的平稳性和快速性.采用并联机构作为弹性元件研究了一种六维加速度传感器,建立了静态数学模型,推导了加速度和灵敏度雅可比矩阵,并对传感器的静态特性进行了研究.根据定义的静态性能指标采用空间模型理论的图谱寻优法,优化设计了传感器的理论模型参数.为了验证设计参数的可靠性,给出了1种类人机器人腕用六维加速度传感器的算例,仿真实验获得的各弹性连接杆上应变的实验值与理论值的最大误差为1.617％.最后标定实验结果证明研究的理论和方法是有效和可靠的.     

轮式移动仿人机器人的动力学建模与分析

利用高效迭代牛顿-欧拉方法对一个21自由度的轮式移动仿人机器人进行了整体动力学建模,该模型虽然维数较高,但消除了分块建模中需要对模块之间相互作用力进行建模的难点问题,并且由于机器人双臂的对称结构,当合理规划双臂运动时,动力学模型将得到部分简化。本文还对某关节运动时在各个关节所产生的力或力矩进行了仿真分析。解析及仿真结果表明,合理规划上臂各关节的协调运动,将极大地削弱车体及腰部各关节所受的力或力矩扰动,为基于动力学的机器人运动控制以及稳定性分析提供理论依据。     

仿人机器人构型

对人形机器人构型的研究现状进行综述,分析国内、外现有人形机器人普遍采用的串联构型的特点;介绍人体的结构,对关节、肢体构成与运动进行简化,建立人体的简化构型;利用基本运动单元,以人体构型为原型,从结构、运动、功能仿生的角度出发,在多自由度关节处引入并联机构,采用等效机构替代关节及组合方法,构建人形机器人构型,得到肢体并联、混联(串、并联共存)构型与整体混联构型。试验证明,采用该类构型可使机器人肢体末端的运动更灵活、平滑连续;改善输出状态,提高机器人的机动与操作能力;使机器人刚度大、承载力大、运动稳定性高。丰富了人形机器人构型,为人形机器人设计提供理论依据和更多的构型选择。     

拟人机器人自由度的分析

以采用最常见的下肢关节配置方案的拟人机器人为例进行了自由度的计算，并且对只考虑某一个方向转动关节的模型也进行了自由度的计算。利用Adams软件引入了一种简单有效的自由度验证方法，并对计算结果以及拟人机器人下肢各关节的耦合现象进行了分析，该方法亦适用于采用其它关节配置方案的似人机器人。     

基于虚拟样机技术的仿人机器人电机选型

针对仿人机器人设计中电机选型的问题,提出基于虚拟样机技术的电机选型方法.在初选参考电机后,设计符合要求的机器人,使用Pro/E和ADAMS联合建立仿人机器人的虚拟样机模型,运用此虚拟样机进行机器人动力学仿真,以仿真参数为依据,进行电机系统的精确选型.最后通过比较关节负载特性曲线与电机的理想机械特性曲线,验证了电机选型的合理性.     

基于三分支非均匀分布球面并联机构的腰关节设计

通过分析球面三转动副并联机构中三个分支的布局对工作空间大小的影响，把一般球面并联机构的三个分支由均匀分布改为非均匀分布，提出了基于三分支非均匀分布球面并联机构的拟人腰关节，选取了一组合理的几何参数，给出了完整的设计方案。该拟人腰关节前弯后弯角度大，基本能满足人体腰关节对工作空间的要求。     

低成本类人足球机器人控制系统设计

通过分析当前类人足球机器人控制系统中CPU的优缺点，提出了一种新的低成本的类人足球机器人控制系统。该系统采用数字信号处理器（DSP）和嵌入式处理器（ARM），由DSP进行场上目标的识别和自身定位，ARM上运行Linux操作系统，完成路径规划，步态控制以及通讯等功能，充分结合了DSP的实时信号处理能力和ARM在系统控削方面的特性，合理分配任务，满足系统实时性要求。详细介绍了系统的硬件设计和软件设计。研究表明，该控制系统具有好的控制效果，有着广阔的应用前景。