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.     

四足步行机器人关节位姿和稳定性研究

四足机器人爬行控制的关键是关节位姿的确定、机器人稳定性的判断和摆动腿顺序的选择.提出了一种求解关节位姿驱动变量的有效方法,此方法能获得满意的四足机器人步行步态.通过定义立足点的静态稳定区域提出了一种机器人稳定性分析的新方法,该方法不仅避免了复杂的机器人正动力学求解问题,同时还可给出机器人稳定性和立足点稳定范围的信息.实际爬行实验验证了所提方法的有效性.     

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。     

基于动力学耦合分析的单腿跳跃机器人运动规划

根据系统的动力学模型,采用机构学中影响系数的概念,定义了主被动关节的动力学耦合度指标,并求解双臂在各指标下的最优运动位形区域.通过机器人三种主要运动任务的仿真验证了分析结果.最后结合耦合度分析和仿真结果的研究,对系统完成三种不同任务的双臂初始位形和平衡位置作了运动规划,使双臂在运动中力矩输出最小.     

基于运动学标定的空间机器人位姿精度的研究

基于一阶线性误差假设推导了空间机器人末端操作器运动学位姿误差模型.由于空间机器人末端安装的CCD相机具有较大的随机测量误差,因此,重新建立了包含随机测量噪声在内的新的误差模型,它考虑了机器人非几何参数误差--传动环节的回差.然后,根据极大似然的算法,对机器人连杆几何参数的真值进行辨识.最后,通过仿真对极大似然算法与通常的最小二乘算法获得的机器人定位精度加以比较分析.结果表明极大似然算法对随机测量噪声具有更高的稳定性和适应性.     

基于DSP的三肢体机器人关节控制器设计

基于TI公司的TMS320LF2407设计了一种直流伺服电机运动控制器,以实现三肢体仿生步行机器人11个运动关节的伺服控制.首先采用遗传算法对电机的PID参数进行优化,并对关节运动转角轨迹进行离散化,电机运动控制采取分段PID的策略,以减小关节转角误差.实验结果表明,设计出的控制器工作性能稳定,能够满足机器人运动控制的要求.     

基于自适应结构的仿袋鼠机器人脚部研究及设计

根据袋鼠的生物结构特征,建立了仿袋鼠跳跃机器人的刚柔混合模型。利用自适应结构的可控性,将其应用于仿生跳跃机器人领域,来实现跳跃机器人在不同跳跃速度下的脚部轮廓变形以及在跳跃过程中脚部的变形。在SolidWorks中建立自适应结构脚的三维模型,运用拉格朗日方法建立机器人动力学方程,在此基础上,用ZMP法建立其落地稳定性的求解方程。结合实例仿真结果表明:具有自适应结构的变形脚有助于提高机器人在着地过程中的落地稳定性,增大起跳时间和调整起跳角度。     

基于D-H矩阵的3-RSR并联机器人的误差建模

本文通过选取3-RSR并联机器人的任意一条支链作为研究对象,利用D—H矩阵建立动平台相对于静平台的位姿关系矩阵,采用矩阵微分法推导出机构原始误差到末端执行部分的误差映射模型。该模型包含了机构全部的几何原始误差,同时将末端执行部分位姿误差与原始几何误差间的非线性隐式函数关系简化为线性显式函数关系,是进一步研究误差补偿的基础。     

Dynamics synthesis and control for a hopping robot with articulated leg

To investigate the design and the applications of elastic underactuated mechanisms for improving the energy efficiency of dynamic mechanical systems, the dynamics and control of a one-legged hopping robot with articulated leg is studied in this paper. To ensure the controllability of the elastic underactuated mechanism, a dynamics synthesis method is proposed for designing the underactuated mechanism so that the dynamics of the system can be transformed into the strict feedback normal form. To improve the energy efficiency of the one-legged locomotion system, an optimal motion planning method is presented to optimize the trajectories of the robot joints. A nonlinear controller is proposed to stabilize the hopping robot to its balance configuration in stance phase, and a switched linear controller is proposed to stabilize the continuous hopping movement. The stability of the presented controllers is analyzed in theory and verified by some numerical simulations.     

Compensation of nonlinear dynamics for energy/phase control of hopping robot

Hopping height control is one of the difficult problems in legged control. Many kinds of research employ a leg spring for the supplement of energy, and model the robot as a spring-mass model. Feedback linearization enables to cancel the nonlinear terms theoretically. However, it is difficult to identify the nonlinear terms including the parameters precisely in the real world.This paper nominalizes the robot dynamics as the desired spring-mass system applying a disturbance observer. In order to realize the desired characteristics of the spring and the mass, the disturbance including the nonlinear terms is rejected firstly by a disturbance observer. To make the mass in the workspace as constant, the nominal inertia of the disturbance observer in the joint space is varied. Next, by adding the desired virtual elastic force, the robot dynamics is nominalized as the desired spring-mass system.Based on the nominalized spring-mass dynamics, hopping-height control using energy/phase control is implemented. While energy control is often used for hopping height control, the energy/phase control enables the hopping-height control and the spring-mass oscillation simultaneously.Constant hopping-height and stepwise hopping height are realized experimentally through the proposed control method. The simulations in the case of the ideal dynamics are also conducted for comparison.     

D-H法建立连杆坐标系存在的问题及改进

广泛使用的标准D-H法允许坐标系建立在轴线的延长线上,会导致不能针对所有关节连杆进行建模、建立的机器人模型与实体不一致,以及无法进行局部关节位置分析等问题。为了得到统一、直观、准确的模型建立方法,提出了一种统一的实体建模方法--坐标系固定在实体上的D-H表示法（简称CFDH法)。说明了CFDH法坐标系建立的方法、参数获取过程。以一个六自由度机械臂作为仿真对象,分别用D-H法和CFDH法对其进行建模,然后采用Newton-Raphson求逆解,比较两者计算复杂度并对两种建模方法进行整体对比。仿真和实验结果表明,CFDH法满足机器人运动学建模的需求,解决了D-H法存在的问题。     

平面五杆机器人位置精度分析及仿真

并联机器人是一种新型的机器人,与串联机器人相比具有许多优点。平面五杆机器人是典型的两自由度平面并联机构。利用D-H法对平面五杆机器人的位置正解进行了分析,并应用解析法对其位置精度进行了探讨。利用Matlab对位置精度进行了仿真分析。     

基于给定工作空间的6R型机器人D-H参数优化设计

运用解析法分析并确定了影响6R型机器人工作空间的相关关节,进而运用图解法获得了6R型机器人工作空间边界曲线,并建立了6R型机器人工作空间的三维仿真模型。为了得到紧凑的结构,在给定工作空间的情况下,利用遗传算法对6R型机器人的D-H参数进行优化设计,得到了满足约束条件且使机器人连杆长度最小的最优解,并通过6R型机器人三维模型工作空间验证了优化结果的合理性。     

服务机器人手臂轨迹规划的研究

利用D-H法建立坐标系、Matlab软件求解正逆方程和插值法处理关节变量来研究服务机器人手臂5个关节空间的轨迹规划问题,实验表明,这种轨迹规划方法是准确和可行的。通过对该方法分析,指出其实现轨迹规划的一般步骤和优缺点,最后展望该轨迹规划法的研究发展方向。     

基于D-H坐标系法的移动喷漆机器人运动学分析

对所设计的可移动喷漆机器人进行了D-H坐标建系,推导出了该机器人的运动学正解,并用解析法进行了验证。根据末端执行器的位置和各连杆的变换矩阵求出了运动学的逆解。     

基于运动学的焊接机器人示教方法研究

针对焊接机器人示教过程中精度低、示教时间长等问题,提出一种基于机器人运动学的全新示教方法,着重阐述该方法的原理、过程,有效解决了焊接机器人快速、精确示教问题。