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。     

两足步行机器人并联腿机构的步态规划及仿真

应用虚拟样机技术,建立了两足步行机器人并联腿机构的仿真模型,并在仿真环境下对步行机器人的行走姿态进行了规划和仿真试验,为确定步行机器人腿机构的结构参数和参数优化提供了实验平台,为研究和开发新型两足步行机器人及其控制奠定了理论基础。     

两足步行机器人步态及运动稳定性分析

讨论分析了两足步行机器人的步态及运动稳定性,运动动力学方法对步行机的ZMP点进行计算,得出两足步行机器人保持静态稳定行走的必要条件.     

基于ZMP点的两足机器人步态优化

采用身高、速度和步长等六个参数描述两足机器人动态步行 ,并进行了定量分析 ;然后利用面向对象思想完成牛顿 -欧拉算法的计算机实现 ,进而求出机器人动态行走时的 ZMP点 ;最后 ,以 ZMP点为目标函数用遗传算法对步态进行了优化 ,其结果证明算法的有效性。     

基于2-UPU+2-UU并联机构的两足步行机器人

现有两足机器人大体上可分为两足左右布置与两足上下布置两类,在步行过程中,两足交替支撑身体移动,使其承载能力十分有限。为了改善承载能力,提出一种基于2-UPU+2UU并联机构的新型两足步行机器人。该两足步行机器人包含2个完全相同的平台(足)和4个支链,其中4个支链分别由2个UPU(万向铰-移动副-万向铰运动链)支链和2个UU支链组成。为了增加机器人对地形的适应性,类似于铰接式车辆,将两足步行机器人的2个足详细地设计为两个车。讨论了足的几何结构参数必须满足的条件,并运用螺旋理论分析机构的自由度。通过步态、运动学与稳定性分析,检验结构设计参数。借助仿真结果验证机器人在崎岖地形下步行的可行性。物理样机试验表明这种新型两足步行机器人在平坦路面能够实现稳定的步行。提出一种有独特足部设计和高刚度特性,可适应崎岖地形并应用于载运工具的机器人。     

载人两足步行机器人步态规划

载人两足步行机器人是一种为残疾人设计,用来替代轮椅和假肢的新型步行机器人。由于其关节自由度较多,可以通过自身的调节来保持纵向及横向的平衡,从而保证动态步行的平稳,但也因此使得零力矩点(ZMP)的计算上出现耦合现象,为ZMP轨迹的精确规划带来困难。从重心的轨迹入手,通过约束重心z向坐标实现载人两足步行机器人纵向与横向的分离,进而以重心的轨迹为基础,确定了机器人行走姿态,并通过简化模型计算支撑脚关节扭矩来评估步态规划的正确性与合理性。     

一种求两足机器人运动学逆解的解析方法

在两足机器人的上身建立基坐标系,给出了一种解析方法,并用这种方法进行步态规划,通过仿真实验验证了该方法的正确性。同时没有把运动分解到横向面和纵向面以简化计算,而是一种完全3维的运动学分析方法,可以处理机器人任意复杂的下肢运动。该方法适用于目前常见的两足机器人自由度布置方式,因此具有一定的通用性。     

两足步行机器人并联腿机构的步态及轨迹规划的研究

根据并联机器人的特点,采用仿生和人造步态相结合的方法,对两足步行并联机器人步态及轨迹规划进行了研究.给出了机器人的步态周期、步相和子步相,并根据步态规划计算出机器人脚底和脚中心的运动轨迹.实现了机器人连续、平稳地步行运动.     

两足步行机器人并联腿机构的步态及轨迹规划的研究

根据并联机器人的特点,采用仿生和人造步态相结合的方法,对两足步行并联机器人步态及轨迹规划进行了研究.给出了机器人的步态周期、步相和子步相,并根据步态规划计算出机器人脚底和脚中心的运动轨迹.实现了机器人连续、平稳地步行运动.     

两足步行椅机器人及其稳定性计算研究

两足步行椅机器人是一种为残疾人设计,用来替代轮椅和假肢的助残机器人.本文介绍了两足步行椅机器人的整体机构设计,并以前向运动为例,详细讨论了利用ZMP理论进行步行稳定性计算的方法,最后通过计算机仿真验证了这一计算方法的有效性.     

双足机器人并联踝关节优化设计

通过对人的踝关节运动机理分析,设计一种新型的双足机器人踝关节并联机构。建立并联机构的参数化模型,并对该模型进行运动学和动力学分析,得出该并联机构的一阶影响矩阵、伸缩运动的驱动力与零力矩点(Zero moment point, ZMP)轨迹关系。由于实际双足机器人行走时踝关节驱动力矩与角速度差异较大,为解决双足机器人步态行走中踝关节的动力学不平衡特性,结合并联机构的运动特点,迭代计算优化并联机构的结构参数,使踝关节两个驱动元件的驱动功率峰值和速度趋于一致。进行双足机器人步行试验研究,结果表明,优化后的并联结构踝关节的驱动功率峰值是串联结构下功率峰值的50 %左右,降低驱动元件的功率设计要求。在满足双足行走时踝关节的运动性能要求下选择小功率的驱动元件,有利于减小关节的体积和质量,减小能耗。     

Biped walking robot based on a 2-UPU+2-UU parallel mechanism

Existing biped robots mainly fall into two categories： robots with left and right feet and robots with upper and lower feet. The load carrying capability of a biped robot is quite limited since the two feet of a walking robot supports the robot alternatively during walking. To improve the load carrying capability, a novel biped walking robot is proposed based on a 2-UPU＋2-UU parallel mechanism. The biped walking robot is composed of two identical platforms（feet） and four limbs, including two UPU（universal-prismatic-universal serial chain） limbs and two UU limbs. To enhance its terrain adaptability like articulated vehicles, the two feet of the biped walking robot are designed as two vehicles in detail. The conditions that the geometric parameters of the feet must satisfy are discussed. The degrees-of-freedom of the mechanism is analyzed by using screw theory. Gait analysis, kinematic analysis and stability analysis of the mechanism are carried out to verify the structural design parameters. The simulation results validate the feasibility of walking on rugged terrain. Experiments with a physical prototype show that the novel biped walking robot can walk stably on smooth terrain. Due to its unique feet design and high stiffness, the biped walking robot may adapt to rugged terrain and is suitable for load-carrying.     

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.     

四足并联腿步行机器人动力学

基于模块化和可重构理论,提出一种助老助残四足/两足可重构并联腿步行机器人。该机器人既可组合成两足步行机器人,亦可作为四足步行机器人使用。运用影响系数理论和虚功原理,对四足步行机器人静态步行时的摆动腿和机体机构进行动力学建模,导出摆动腿的动力学方程和机体机构超确定输入下的协调方程,按加权最小二乘法对四足并联腿步行机器人机体机构的动载进行最优协调分配,解决了机器人在行走过程中各分支运动约束而产生的动力耦合问题。     

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。     

Kinematics and dynamics analysis of a quadruped walking robot with parallel leg mechanism

It is desired to require a walking robot for the elderly and the disabled to have large capacity,high stiffness,stability,etc.However,the existing walking robots cannot achieve these requirements because of the weight-payload ratio and simple function.Therefore,Improvement of enhancing capacity and functions of the walking robot is an important research issue.According to walking requirements and combining modularization and reconfigurable ideas,a quadruped/biped reconfigurable walking robot with parallel leg mechanism is proposed.The proposed robot can be used for both a biped and a quadruped walking robot.The kinematics and performance analysis of a 3-UPU parallel mechanism which is the basic leg mechanism of a quadruped walking robot are conducted and the structural parameters are optimized.The results show that performance of the walking robot is optimal when the circumradius R,r of the upper and lower platform of leg mechanism are 161.7 mm,57.7 mm,respectively.Based on the optimal results,the kinematics and dynamics of the quadruped walking robot in the static walking mode are derived with the application of parallel mechanism and influence coefficient theory,and the optimal coordination distribution of the dynamic load for the quadruped walking robot with over-determinate inputs is analyzed,which solves dynamic load coupling caused by the branches’ constraint of the robot in the walk process.Besides laying a theoretical foundation for development of the prototype,the kinematics and dynamics studies on the quadruped walking robot also boost the theoretical research of the quadruped walking and the practical applications of parallel mechanism.     

大型17R“加藤一郎”机器人仿人行走控制研究

针对大型17R"加藤一郎"结构双足机器人仿人行走控制问题,从仿人机器人的机械结构、控制系统、步态仿真、动力学参数等方面对机器人的影响进行了研究,采用仿生学原理,参考了人体上、下半身比例特点,对机器人的机械结构进行了设计;对机器人控制系统进行了设计,提出了一种基于DSP+FPGA的主控系统,将多CPU协同工作、分布式远程控制技术应用到仿人机器人行走控制中;利用人类行走过程中各关节的转动参数为输入的控制方法,在ADAMS上进行了步态行走试验,分析了动力学参数对机器人步态的影响。研究结果表明,以人类行走方式控制机器人步态行走,机器人行走步态稳定可行,可应用于大型双足步行机器人步态行走控制。     

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。