一种具有跳跃能力的自平衡两轮机器人动力学建模与越障控制

针对传统机器人越障能力不足的问题,结合本实验室设计的一种具有跳跃能力的自平衡两轮机器人,建立了机器人的动力学模型.分析了两轮机器人最大可控角的影响因素,建立了弹跳准备阶段的模糊滑模控制器,实现对机器人摆角与移动速度的控制.对机器人在起跳阶段做了动力学分析,对机器人在腾空阶段的运动做了动力学分析,同时根据障碍物外形,对其越障运动做了轨迹规划.最后,通过仿真与实验研究,验证了所建立的跳跃越障控制方法的有效性.     

新型轮腿机器人步态规划策略

设计了一种新型步态可切换轮腿机器人。该机器人步态切换机理易于实现且不存在冗余机构,驱动系统置于封闭空间内,可在两栖环境下应用。基于模型控制步态的策略,规划了轮腿机器人的足端轨迹;利用运动学模型分析求解出各关节变量,对步态控制策略进行研究,并利用实验样机验证了基于足端轨迹规划的机器人步态控制策略的可行性。     

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。     

单腿跳跃机器人轨迹规划

将单腿跳跃机器人简化成一个三杆模型,研究机器人跳跃过程中各个关节的运动轨迹问题,并在总结跳跃过程现有轨迹规划方法的基础上,运用参数化优化方法实现关节空间的轨迹规划,优化目标为机器人关节的控制势最小。将跳跃过程分解成开始段、腾空段、站立段和结束段,并对各段的关节轨迹分别优化,最后得到从静止状态开始起跳到着地后恢复至静止状态的整个跳跃过程的关节轨迹。     

两轮自平衡机器人转向稳定性优化研究

由于两轮自平衡机器人具有占地小、可零半径转弯等特点,该类机器人被广泛用于个人交通工具和机器人移动平台。当两轮自平衡机器人快速转向时,由于重心较高,机器人受离心力影响容易侧向倾覆。针对两轮自平衡机器人转向稳定性进行了分析,在此基础上为传统两轮自平衡机器人增加了摇摆自由度。利用摇摆自由度,机器人可以在转向时主动配置重心位置,进而提高了机器人转向稳定性和安全性。在建立机器人动力学模型基础上,设计了摆动自由度控制器,并通过实验验证了可行性而有效性。     

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。     

基于弹尾虫运动机制的平衡轮式跳跃机器人的设计

针对弹尾虫的生物体结构与运动特性,复合轮式与跳跃运动设计了一种新型跳跃机器人。利用弹尾虫独特的跳跃运动机制设计了跳跃原理结构,并使用拉格朗日法完成跳跃原理结构着地起跳、腾空阶段动力学方程的构建与仿真,分析并验证了跳跃过程及跳跃原理的可行性。通过轮式结构的复合设计,使得机器人具备平衡轮式移动特性,展现跳跃原理结构的可移植性。搭建机器人控制系统,使用3D打印技术完成样机制作,最终设计机器人长15cm、宽9.5cm、高7.5cm,整体重268.6g。试验测试表明,机器人具备快速连续运动性能,1s内完成能量蓄积与释放,0.5s内实现姿态复位;具备多运动模式,可实现高20cm、远15cm的跳跃动作,同时可完成跳跃后的姿态复位,平衡轮式移动以及传统平衡小车难以实现的倒地后自主平衡复位。     

基于两轮自平衡机器人组合定位方法的研究

对两轮自平衡机器人的运动控制过程中相对定位的问题进行了研究.根据两轮自平衡车的特点,对诸如车轮打滑、碰撞、越障及转向等运动情况下的位置传感器和姿态传感器的信号进行了分析,提出了将光电码盘、MEMS陀螺仪与MEMS加速度计数据融合的方法,对机器人的位姿进行检测估计,从而解决了采用传统的单一位置传感器对机器人测程不准确的问题.同时也降低了陀螺仪、加速度计固有漂移的不利影响,提高了两轮自平衡机器人的定位精度.通过对两轮机器人分别进行直线运动实验、越障实验和异常碰撞试验,验证了两轮自平衡机器人组合定位方法的合理性和有效性.     

一种独立轮腿式机器人的步态规划研究

轮腿式机器人是一种具有轮式和腿式机器人优点的复合式移动机器人,合理的步态规划是其能否实现轮腿协调的关键^[1]。介绍了一种具有独立车轮和机械腿结构的轮腿式机器人。先根据几何约束设定机械腿末端轨迹,然后对不同的步态相做出合理的机构简化,采用D-H建模的方法对机器人进行运动学分析,通过运动学反解获得机器人在轮腿协调爬行时机器人的步态规划。通过样机实验对机器人运动规划的结果进行了验证。结果证明利用文中的规划方法可以很好地指导机器人的运动。     

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...     

两轮自平衡机器人双闭环PID控制

两轮自平衡机器人是一个非完整的欠驱动系统,由两个独立且共轴的电机通过驱动车轮来控制机器人的平衡和行走。两轮自平衡机器人是一个倒立摆系统,极不稳定,需要施加有效的控制手段才能使其平衡。文章用牛顿力学构造了系统的非线性数学模型,并简化为线性模型,通过双闭环PID算法控制机器人的平衡。实验结果表明,此方法可以使机器人有较好的稳定性。     

可变形轮腿式机器人行走机构设计与研究

针对当前轮腿式越障机器人的局限性,设计了一种新型的车轮可变结构机器人,该机器人可以在轮腿之间自如切换。介绍了可变结构车轮的工作原理,该机构在平坦地面上运动以轮子模式行走,当遇到障碍物切换为类花瓣模式越过障碍。对车轮在两种模式下的直行与转弯过程进行理论分析,建立了运动学仿真模型,并对模型进行求解。为了验证分析结果,采用Adams软件对车轮的越障过程与复杂路面行走进行了运动仿真。仿真结果表明,设计的车轮结构可行性较高,具有轮式机构的稳定性,同时具有腿式机构较高的越障能力,使机器人可以适应多种复杂的路况环境。     

机器人手臂的新型弹簧平衡机构

介绍一种用于机器人手臂平衡的新型弹平衡机构的结构设计与分析方法。与过去的弹簧平衡机构形成互补，从而扩大了弹簧平衡机构的使用范围。新机构特别适用于类似美国ＰＵＭＡ型机器人大臂的平衡上。在新研制的喷浆机人主手手臂上得到了应用。     

双轮自平衡机器人研究综述

双轮自平衡机器人是一种特殊轮式移动机器人,具有多变量、非线性、强耦合、参数不确定性等动力学特性.对其进行深入探讨具有一定的科学研究和实际应用价值.本文综述了国内外双轮自平衡机器人的研究现状,分析了研究中存在的问题,并指出了自平衡机器人的发展趋势.     

轮腿式机器人轮-腿高效移动策略优化

复杂地形下的高效移动策略是轮腿式机器人研制过程中的技术难点。本文在常规移动策略的基础上,通过引入关节空间状态量描述支腿相对于机身的位姿,引入位姿转换量描述相邻时序的位姿状态量间的运动过程,进而建立起移动策略与时间和能耗的数学模型,并以移动时间最短和能耗最低为目标,建立了移动策略的优化模型,通过优化迭代形成轮-腿高效移动策略。复杂地形下的越障仿真表明,机器人采用轮-腿高效移动策略可实现越障功能,与常规移动策略相比,移动时间及能耗均明显降低,验证了轮-腿高效移动策略的有效性。     

3-CUR轮腿式机器人步态规划与仿真分析

提出了一种基于3-CUR并联机构的轮腿式机器人,其具有轮式的移动速度快和腿式的越障能力强的优点,并具备并联机构的刚度大、承载能力强等优势.对3-CUR轮腿式机器人进行结构设计,且对3-CUR并联机构进行研究分析,得到其具有3-DOF(两转一移).通过运动空间需求量和最大稳定裕度对比分析,得到3-CUR轮腿式移动机器人在行走状态的最佳步态.利用SOLIDWORKS模拟了机器人在平地和沟壑的行走过程,得到了机器人的最大步长与步高;分析了机器人的质心变化情况,得到该机器人在行走过程中平稳性良好,可用于复杂、危险环境的探测和救援.     

轮腿式复合机器人设计及运动实现

通过机械结构和控制系统设计,研制了轮式和腿式独立运动的轮腿式复合机器人。应用PWM对机器人的关节控制进行了研究。分析了其腿式运动、轮式运动和轮腿变形的过程,并进行了实验验证。结果表明,研制的机器人具有结构简单、易于控制的特点,解决了现有轮腿式机器人运动时与地面摩擦力不够的问题,具有很好的应用前景。     

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。     

自平衡两轮机器人的控制系统设计

介绍了基于LF2407A DSP的两轮机器人控制器的设计,以及电机控制PID算法。利用这个控制器实现了对两轮机器人样机的轨迹控制。     

并联六轮腿机器人机身平稳性控制方法研究

轮腿式机器人在非结构化路面运动时,机身平稳性控制对于提高运动平稳性、降低系统能耗、提高定位与建图精度等具有重要意义.针对并联式六轮腿机器人在通过不规则地形时足端悬空、姿态倾斜、机身晃动等问题,提出一种融合足端力控制器、姿态控制器及重心高度控制器的机身平稳性控制框架.其中,足端力控制器通过阻抗控制算法抑制机器人足端受力因...