一种双足机器人步态规划和运动仿真的研究

通过对人类行走步态的研究,结合双足机器人实际结构,规划机器人行走时的基本姿态及重心轨迹,建立运动学模型,根据规划的行走姿态及轨迹建立运动学方程。应用三维建模软件UG建立双足机器人的简化模型,导入仿真软件ADAMS中生成虚拟样机模型,并通过在Matlab中得到机器人行走的关节运动轨迹对虚拟样机模型进行控制,经仿真后,利用该虚拟样机模型对机器人行走步态进行运动学及动力学分析。应用虚拟样机方法,验证了步态规划的有效性。     

基于ADAMS的双足机器人运动学建模及仿真

由于对环境良好的适应性,双足机器人在各领域具有广泛的应用前景,步态规划是其研究重点之一.基于虚拟样机技术,根据双足机器人的行走步态,用D-H齐次坐标变换法建立双足机器人的运动学模型.设定髋部及踝部的运动轨迹,建立逆运动学方程,在MATLAB中求出前向和侧向各关节的运动参数.将求得的参数导入ADAMS中,作为虚拟样机模型的驱动,实现了机器人的静态稳定行走.仿真结果与规划的步态基本一致,验证了运动学模型的正确性,为双足机器人的结构设计和步态规划提供了理论依据.     

基于动作捕捉技术对仿人机器人运动学分析与步态仿真

以人类的构造为原型,基于仿生学的角度,设计了一种下肢单腿7自由度的仿人机器人.通过三维光学动作捕捉系统采集人体正常行走时的运动位置坐标,分析数据,获取人体步态行走时的关节角度及下肢各关节力矩变化规律;建立了下肢7自由度运动学模型并进行逆运动学分析,求解出下肢各关节角度的变化情况,并根据步态规划求解出仿人机器人步行运动过程中下肢各关节转动角度;在UG环境中建立下肢7自由度的仿人机器人三维模型,并利用多体动力学软件Adams进行动力学仿真,结合步态运动规划求解出的角度变化情况对仿真参数进行设置,通过虚拟样机完成仿人机器人的步态行走,并将仿真数据和动作捕捉实验获取的数据结果进行对比.研究结果显示,仿人机器人能够实现稳定的步态行走,确认了整体建模思路、运动学分析以及动力学仿真的准确性.以实验结果为基准,仿真所获得的髋关节和膝关节力矩值相对于实验值的相对误差分别为6.7％和9.6％,均在合理的范围内,为仿人机器人结构设计和电机选型提供了依据.     

教学型双足步行机器人直线行走步态稳定规划方法

通过对双足机器人行走步态的研究,利用多项式插值法对双足机器人直线行走步态进行规划,分析了踝关节轨迹和髋关节轨迹,通过调节单腿支撑期和双腿支撑期的比例系数来调整机器人的行走步态,使其实现稳定步行。再通过ADAMS建立虚拟样机仿真实验,验证了这种步态规划方法的正确性与可行性。     

双足机器人步态规划与运动学仿真研究

针对双足机器人数学描述复杂、机器人运动学分析较为困难的问题,建立了机器人的运动学模型,提出了一种基于ZMP判据的两步步态规划方法,对机器人的前向运动进行了步态规划,采用工程上广泛应用的三次样条插值的方法得到机器人关节的运动轨迹.利用Matlab软件中的Sim Mechanics工具箱建立机器人仿真模型,仿真结果验证了步态规划的可行性,为机器人样机的研制提供理论依据.     

仿人双足机器人上楼梯轨迹规划及实现

通过对人的行走方式进行观察模拟设计了仿人双足机器人,运用DH方法分析其机构,为其设计了具有周期循环性的上楼梯步态,并把三维实体模型导入到运动分析软件ADAMS中,添加约束驱动等,进行验证.将仿真结果应用到现实物理样机上,使物理样机实现了人的上楼梯动作.     

仿人双足机器人的设计与实现

通过对人的行走方式进行观察模拟设计了仿人双足机器人,运用D-H方法分析其机构组成,为其设计了具有周期循环性的步态,并把三维实体模型导入到运动分析软件ADAMS中,添加约束驱动等,最后进行验证。将仿真结果应用到现实物理样机上,使物理样机能够实现人的行走动作。     

仿人双足机器人步行轨迹规划及实现

通过对人的行走方式进行观察,模拟设计了仿人双足机器人,运用DH方法分析其机构,为其设计了具有周期循环性的步态,并把三维实体模型导入到运动分析软件ADAMS中,添加约束驱动等,并进行验证。将仿真结果应用到现实物理样机上,使物理样机能够实现人的行走动作。     

双足仿人机器人的设计与步态分析

设计了一个双足仿人机器人,建立了机构的三维模型,对机器人腿部进行了运动学分析及步态规划,并运用ADAMS进行了仿真。结果表明结构设计及步态规划合理正确,为物理样机的制造提供了重要依据。     

液压驱动双足机器人步态规划及动力学仿真

为实现双足机器人步行运动,提出了一种双足机器人平地行走步态规划算法并对其进行动力学仿真验证。首先利用二维倒立摆模型以及五次多项式分别对机器人质心、踝关节运动轨迹进行规划,再通过建立机器人运动状态几何模型,对运动过程中机器人腿部关节运动轨迹进行规划,得到关节角运动轨迹,借助MATLAB仿真获取机器人下肢各个关节运动曲线。然后利用动力学仿真软件Adams对虚拟样机进行仿真,实现了机器人虚拟环境下的平地稳态行走,仿真验证了步态规划算法的可行性。     

12自由度双足机器人的开发与步态规划研究

针对一种新型的仿人型12自由度双足机器人,首先介绍了其基于Solid Works的机械结构设计,具体阐述了双足机器人机械主体的组成、自由度配置以及其拟人关节和传动机构的设计;构建了双足机器人基于D—H坐标系的运动学模型。而后重点研究了一种离线的步态规划方法,其核心思想是将双足机器人的前向步态和侧向步态分别简化为七连杆模型和五连杆模型,分别加以几何约束分析,然后在Z坐标相等的情况下合成三维步态;最后通过ZMP方程来检验并在Matlab环境下进行仿真,验证了所述规划方法的有效性。     

仿生直立双足机器人的稳定性控制算法

仿生直立双足机器人共有7个旋转自由度,对其稳定性控制是保证双足机器人稳定行走和姿态变换的关键。传统方法中对仿生直立双足机器人的稳定性控制采用二自由度超外差控制方法,对直立双足机器人抓握和操控的运动规划效果不好。提出一种基于末端效应逆运动学分解的仿生直立双足机器人的稳定性控制算法,构建了仿生直立双足机器人运动学结构模型,采用末端效应逆运动学分解方法对机器人的运动学模型进行七自由度重构,在重构的运动学状态空间中实现仿生直立双足机器人稳定性控制,实现控制算法改进。仿真结果表明,采用该算法进行机器人稳定性控制,机器人行走过程中各个机构部件具有稳定运动学参量的输出,仿生双足机器人的控制机构参数仿真结果与理论值在一定的波动范围内相符,保证了机器人在行走和各种行为动作实施过程的姿态稳定性。     

双足欠驱动机器人能量成型控制

研究欠驱动双足机器人在3D空间稳定行走控制器。建立双足机器人的3D动力学模型,通过构建概循环拉格朗日函数,把欠驱动双足机器人的3D动态系统解耦成前向和侧向部分。针对前向2D欠驱动部分设计势能成型和动能成型控制器,为了求解能量成型控制器,将匹配方程分解成分别与角度和角速度相关的两个子条件,再将非线性偏微分方程变为线性偏微分方程,求解出能量成型控制器对前向行走进行控制,使前向行走获得稳定且具有仿生特点。对侧向部分采用零动态控制,在保证侧向稳定同时,还满足系统的动态解耦条件。对不同步长行走进行仿真试验,仿真结果表明,动态步行收敛于稳定的极限环,步态符合仿生规律,验证了所提出理论的可行性和有效性。     

基于弹簧小车模型和预观控制的双足快速步行研究

针对机器人的滑动和滑转,补充了机器人稳定步行的修正条件;利用三阶泰勒公式引入舒适度的概念,推导出基于舒适度的ZMP公式;提出一种用于动力学分析的三维弹簧平台-小车模型,通过简化的舒适度ZMP公式推导出该模型的运动规律;基于三维弹簧平台-小车模型,结合预观控制理论生成步行样本;最后,进行了机器人虚拟样机快速步行仿真,步速达到2.088km/h。     

基于MATLAB与ADAMS的双足步行机器人特性研究

以模块化类人机器人为研究对象,通过对其进行结构分析,建立数学模型,提出双足机器人的特性参数,设计稳定性函数和能耗函数。通过MATLAB与ADAMS相结合,计算出双足机器人在不同行走速度下和不同摩擦系数下的稳定性和能耗,采用单因素分析法对计算结果进行分析,得出双足步行机器人在不同工况下的稳定性和能耗变化。通过搭建双足步行机器人实验平台,测量双足步行机器人在不同工况下的能量消耗情况,与仿真计算结果进行对比分析,验证了稳定性函数和能耗函数的有效性,这可以作为改善和优化双足机器人结构和参数的依据。     

小型异构件抛光机运动系统分析

为解决小型异构件全自动抛光机在抛光复杂曲面零件时夹具体相对于布轮位姿的精确控制难题,基于抛光机结构,分析其三直线轴和三旋转轴的运动系统,建立机台的D-H坐标系。通过运动学正反向运算推导出其位姿方程并求得逆解,确定夹具体位姿与各个关节变量的对应关系。以水龙头为例,提取三维模型表面关键点坐标,借助MATLAB和ADAMS逆解出各关节变量数值,实现各关节的运动学仿真。抛光实验获得的表面粗糙度Rz=0.36μm,满足抛光要求。     

A feasibility study on the design and walking operation of a biped locomotor via dynamic simulation

A feasibility study on the mechanical design and walking operation of a Cassino biped locomotor is presented in this paper. The biped locomotor consists of two identical 3 degrees-of-freedom tripod leg mechanisms with a parallel manipulator architecture. Planning of the biped walking gait is performed by coordinating the motions of the two leg mechanisms and waist. A threedimensional model is elaborated in SolidWorks® environment in order to characterize a feasible mechanical design. Dynamic simulation is carried out in MSC.ADAMS® environment with the aims of characterizing and evaluating the dynamic walking performance of the proposed design. Simulation results show that the proposed biped locomotor with proper input motions of linear actuators performs practical and feasible walking on flat surfaces with limited actuation and reaction forces between its feet and the ground. A preliminary prototype of the biped locomotor is built for the purpose of evaluating the operation performance of the biped walking gait of the proposed locomotor.     

白车身拼焊机器人空间运动轨迹分析与仿真

介绍了白车身左前门工位的拼焊机器人的空间运动原理和空间运动状态，通过对拼焊机器人坐标的齐次变换，建立机器人运动学方程，并分析了拼装机器人的运动轨迹。用VB编译了拼装机器人运动轨迹的计算程序，根据约束条件计算出各节点坐标和转臂转角。然后利用CATIA建模软件，对机器人及其工位环境进行建模，对机器人空间运动轨迹进行了模拟仿真。     

双足机器人基于ADAMS与Matlab的联合仿真

为提高双足机器人设计的效率与可靠性,建立基于虚拟样机技术的仿真系统.在ADAMS中建立双足机器人的机械动力学模型,利用Matlab中的Simulink工具箱建立控制系统,通过ADAMS与Matlab的接口ADAMS/Controls模块,实现双足机器人基于ADAMS与Matlab的联合步行仿真.虚拟样机联合仿真方法面向多领域,可避免复杂的人工建模和求解过程,仿真逼真且接近实际系统,为双足机器人物理样机的研制提供依据.     

两足机器人JFHR的参数化步态设计

在建立两足机器人前向平面七杆动力学模型和侧向平面五杆动力学模型的基础上 ,对机器人的步态用步速、步长和跨高三变量进行了参数化设计 ;根据两足机器人动态步行稳定性的条件 ,利用上身的前后摆动和左右晃动分别对前向平面和侧向平面进行动态补偿 ;通过对迈步腿质心进行抛物线运动规划 ,使两足机器人在动态步行时达到侧向自平衡 ,从而消除了前向和侧向模型的偶合误差 ;最后 ,对两足机器人的步态用一组参数进行设计 ,并进行了动态仿真。