仿人机器人的步行控制方法综述及展望

步行控制是仿人机器人最重要的技术之一,是仿人机器人实现最基本的类人动作的关键.从步态规划和步态控制两方面综述了仿人机器人步行控制的研究现状,对已有的典型步态规划和步态控制方法进行了分析与比较,并展望了仿人机器人步行控制的研究方向.     

具有良好壁面过渡能力的新型爬壁机器人动力学建模与分析

不同类型的环境和凹凸不平的壁面对爬壁机器人的平稳性和可靠性提出要求,设计一种轮足式永磁吸附检测风力发电机故障的爬壁机器人,该机器人具有一定的负载能力、越障能力、灵活可靠等特点,可以实现水平壁面到竖直墙壁的交互式过渡。根据永磁吸附爬壁机器人运动原理,设计其机械结构并建立机器人沿风力发电机塔筒向上、向下以及悬壁面3种姿态的力学和运动学模型,运用Matlab/Simulink软件,对爬壁机器人在不同位置下瞬时启动的加速度进行仿真,最后利用ADAMS软件对爬壁机器人壁面越障进行了实验仿真。样机实验及仿真实验结果表明:该新型爬壁机器人在运行中平稳可靠,能够很好地实现壁面平稳过渡,为爬壁机器人在实际作业中平稳运动提供了理论依据。     

基于并联机构的仿人机器人结构设计

仿人型机器人具有较强的环境适应能力.为了提高机器人的灵活性及稳定性,文章采用球面三自由度并联机构作为腰关节,并对该关节结构进行了改进,设计了一种新型的仿人型机器人,并利用ADAMS软件对其进行了仿真验证.结果表明,机器人能够进行完整的步态行走,腰部并联机构采用3-RRR+S’-p机构,能够实现机器人腰部的灵活运动,具有较好的稳定性和刚性.     

弹性变形对仿人机器人步态规划的影响分析

仿人机器人行走步态研究的理论、方法及建模均未考虑系统各部件弹性变形的影响，导致行走实验结果与理论步态规划存在较大的差异，制约了步行质量的提高和连续快速稳定步行的实现。本文运用ANSYS有限元软件，针对清华大学研制的THBIP—Ⅰ型仿人机器人样机，建立精确的有限元模型，进行步行运动弹性变形及其对步态规划影响的有限元仿真分析，在此基础上提出了对步态规划进行局部修正完善的方法，步行实验证明该有限元模型及仿真分析结果是有效的。     

面向爬楼梯场景的仿人步态机器人机构设计与行走功能试验研究

现有仿人步态机器人装置大多存在重心变化幅度大、升降平稳性差、运动控制难、布置灵活性不足等问题。为此,设计一种新型的仿人爬楼梯步态运动方式机器人。将平移机构和升降机构相结合,实现阶梯状运动轨迹。研究其核心构件、关键的功能原理和主要的力学特征;通过进行ADAMS运动学仿真和搭建实物样机试验,验证这种双剪叉结构与丝杆传动形式相结合的升降机构设计的可行性。结果表明：该机构能适应台阶立面高度160～180 mm、平面长度290 mm以上的楼梯场景,并具有良好的负载爬梯功能。     

基于步态规划的四足机器人运动学分析和仿真

利用三维设计软件设计四足机器人的整机结构。对四足机器人进行了数学建模和数学计算,利用公式计算了运动学的正解和逆解,用MATLAB进行了仿真验证对比。对机器人基于对角步态和三角步态进行步态规划,推导和计算了四足机器人四条腿各个关节的转动角度。利用ADAMS进行了步态的仿真,仿真结果符合预期设计。计算和仿真结果为物理样机的制作提供了数据支撑,有助于缩短研发周期,提升研发效率。     

基于步态规划的四足机器人运动学分析与研究

对四足机器人进行运动学建模和分析,推导运动学的正解和逆解;然后基于五次多项式对机器人足端轨迹进行了步态规划,计算了四足机器人对角步态和三角步态的驱动函数。在仿真软件ADAMS中对三角步态和对角步态进行仿真。最后制作了样机,并对样机进行了测试。通过研究三角步态和对角步态的仿真结果和样机测试结果,验证了理论推导计算的正确性。     

气动软体管道机器人步态规划与实验北大核心

采用自主研发的2种软体驱动器研制一种气动柔性管道机器人,并根据作业任务,规划两种运动步态,分别是快速移动步态和载荷作业步态;利用运动学实验平台进行机器人的运动实验,验证了步态的合理性与准确性。结果表明:应用规划的步态,机器人可在不同工况下、不同截面形状和直径的管道内爬行,高效稳定地完成作业任务;快速移动步态下机器人最大速度可达5.50 mm/s,载荷作业步态下机器人最大负载能力为10 N。     

四足机器人运动分析及控制算法研究

为实现一种液压驱动的四足机器人稳定行走,针对JQRI00四足机器人进行了步态规划,并推导出其运动控制算法。根据前期对四足机器人的结构设计,建立其运动学模型,得到各关节运动的逆运动学分析。根据JQRI00的驱动特点,对其运动控制算法进行研究。并利用ADAMS对机器人进行仿真。仿真及控制系统实验的结果准确合理,表明所研究的步态规划正确可行,控制算法实时有效,为机器人后期的复杂动作控制提供参考。     

仿生六足机器人机构设计与运动分析

基于蜜蜂腿部结构及运动步态特点和仿生设计基本原理,设计了一种新型六足机器人机构,可实现不同运动步态下的前进、后退和转向,具有较高的步态稳定性和环境适应性。运用空间分解法构建了机器人单腿的运动学模型,利用消元法对模型进行求解,得到逆运动学的唯一解。通过数值求解获得了六足机器人足部末端的运动轨迹,验证了运动学模型的正确性。借鉴蜜蜂的运动步态特征,规划了六足机器人直行和转弯时的运动步态。该研究为六足机器人机构设计与步态规划提供了新的思路和理论参考。     

步态康复训练机器人行走步态仿真研究

步态康复训练机器人是对下肢行走障碍患者进行步态康复训练的一种助力康复设备,其行走步态的研究对于控制方案的制定有着重要意义.本文作者提出了步态康复训练机器人总体结构设计方案,利用Matlab/Simulink仿真环境下的机构系统模块集(SimMechanics)建立了步态康复训练机器人系统的仿真模型,并将斯坦福OpenSim下肢肌肉骨骼模型得到的下肢关节运动数据作为设定输入对机器人进行了运动仿真分析和研究,为下一步机器人样机制作和实际控制奠定了理论基础.     

基于步态规划的六足机器人运动学分析与计算

分析六足机器人的侧倾、俯仰、偏航变化情况,验证步态规划的正确性。对设计的六足机器人进行运动学分析,计算机器人运动学的正解和逆解,分析六足机器人运动的时序图,利用五次多项式对机器人足端轨迹进行步态规划。在ADAMS中对机器人进行了运动仿真,得到了运动过程中的RPY角。最后制作了六足机器人样机,测试运行过程中的RPY角。仿真和样机测试结果表明：机器人在步态运动过程中,RPY角度在前进方向上误差最大不超过1°,验证了运动学计算和步态规划的正确性。     

下肢外骨骼机器人结构设计与运动稳定性研究

为帮助下肢瘫痪人群恢复行走功能,设计出一款下肢外骨骼机器人。依据人体运动机制对各个关节的自由度进行了设计,确定了主动关节和被动关节类型并选用合适的驱动方式,详细介绍了主要部位的结构设计。论述了机器人的工作机制以及工作方式。建立下肢外骨骼机器人的连杆模型,规划出关节运动轨迹并求解出各个关节旋转运动曲线。利用ADAMS仿真软件将所规划的步态曲线进行仿真分析,仿真结果表明:各个关节运动曲线柔顺平滑,无明显冲击。在一个周期内,与理论计算值相比,各个关节的角度仿真值误差均小于±1.5°,在合理误差范围之内。利用COG理论验证步态轨迹的动态稳定性,证明了所规划的步态曲线的合理性。     

基于模糊PID的箱梁移动焊接机器人

针对结构化箱梁移动焊接作业需求,设计了一种新型六足轮腿式机器人及其控制系统。首先设计了机器人的本体结构模型;然后针对机器人模型进行了运动学分析与建模,规划了机器人的越障步态;同时为了保证机器人在直线运动过程中的稳定性,采用了模糊PID控制算法,再利用Simulink软件进行了仿真;最终搭建了实验平台进行实验测试。实验证明,基于模糊PID控制方法的轮腿式机器人的直线运动偏差相比于普通PID控制方法的更小,能够实现稳定的越障运动。     

仿海鬣蜥水陆两栖机器人系统设计

为了满足军事中对水陆两栖可视环境的探测需求,以海鬣蜥为仿生对象设计一款适合水陆两栖环境的仿生机器人。利用SolidWorks软件建立仿海鬣蜥水陆两栖机器人的三维模型,并设计其控制系统。进一步对机器人爬行步态和游动步态进行设计和分析,通过STM32控制器控制舵机、电机、摄像头等执行部件,实现了仿海鬣蜥机器人的陆地爬行和水中游动。通过样机实验验证了该仿生机器人运动灵活、系统运行稳定,具备良好的水陆两栖环境运动和探测能力。     

基于足端轨迹规划的四足机器人运动学分析与仿真

为了减少四足机器人在行走过程对地面的冲击,提出一种改进动静步态的五次多项式的足端轨迹规划。推导了改进五次多项式的数学公式,利用机器人运动学知识计算机器人的运动学逆解。根据数学推导,分析机器人足端速度和加速度的理论曲线。利用ADAMS对机器人在三角步态和对角步态下进行运动仿真,对比了足端轨迹的理论结果和仿真结果,分析了仿真情况下机器人质心变化和RPY角变化。理论分析和仿真结果一致,验证了改进足端轨迹的正确性。     

两栖复合腿机器人运动仿真及能耗分析

对水陆两栖复合腿机器人进行运动仿真及能耗分析。设计一种弧形腿与桨结合的两栖六足机器人,研究其地面三角步态行走机制,提取腿部转动关节运动模型。分析机器人能源消耗组成部分,简化得到其单周期能耗计算模型。构建9种不同腿长参数的机器人三维模型,在ADAMS软件中设置规划的转动关节轨迹,实现运动仿真。提取仿真后的电机力矩,计算一周期的能耗并进行分析。结果表明：适当减小机器人腿长参数可提高能源利用效率,这对提升腿式机器人整体性能具有一定的参考意义。     

四履带式全位置爬壁机器人运动特性分析

针对船体壁面爬行机器人在复杂环境中的操作需求,设计并验证一种四履带式全位置爬壁机器人,旨在提高其自适应能力和操作效率。通过建立三维模型并使用ADAMS软件进行仿真,对机器人在曲面变化、壁面折角以及障碍翻越这3种主要工况下的动力学行为进行了深入的仿真分析。结果显示：在曲面变化和壁面折角工况下,机器人通过调整履带倾角和速度,成功实现了稳定过渡;在障碍翻越工况下,尽管后履带出现翘起现象,但通过对履带速度的精确反馈控制,有效解决了可能的内部挤压和滑动问题。此外,样机测试结果进一步验证了机器人的性能,其最大运动速度大于5 m/min,负载极限为20 N,越障高度达到14 mm,均达到或超出设计预期。仿真与样机测试均展现了机器人在关键工况下的出色适应性,成功地实现了稳定过渡和障碍翻越。     

基于Hopf振荡器的船舱检测机器人步态规划研究

船舶等海洋工程装备其舱内具有设备众多、空间受限和结构复杂等特点,传统人工巡检不能解决安全和效率的问题。针对这些问题,结合仿生技术,采用负压吸附和电磁吸附两种吸附方式,设计一种船舱检测的多模式攀爬机器人,该机器人能够在狭小空间运动,并且能够适应不同材质的壁面。基于改进的D-H参数法建立机器人运动学模型,进行运动学正解、逆解的计算;分析机器人运动步态,对比传统的步态控制方法,提出基于Hopf振荡器的机器人步态规划策略;搭建样机控制平台,进行步态控制对比测试。实验结果验证了多模式船舱检测机器人的步态规划的稳定性,为船舶等海工装备新形态检测机器人的研究拓展了新的思路。     

六足步行机器人腿机构绳传动系统设计与仿真

针对典型步行机器人腿机构绳传动系统的缺点,设计了一种简单、小巧、实用的新型绳传动系统,并将其应用到六足步行机器人腿机构上,由此完成了六足绳传动步行机器人整机的设计.运用ADAMS软件建立了虚拟样机,并选择典型的三角步态进行整机运动仿真,仿真结果表明所设计的步行机器人虚拟样机可按给定步态进行直线行走和转弯.在此基础上,制作了真实样机.经测试,机器人行走时机体稳定,且速度较快.为进一步研究六足绳传动步行机器人奠定了基础.