电液驱动六足机器人三维空间力学分析

建立了六足机器人的腿部机构三维空间模型,对其关节液压缸设计优化问题进行了讨论。接着进一步建立了腿部机构力学模型,通过对静力学分析得到了机器人稳定状态时各关节的输出力矩特性,同时采用拉格朗日方法对机器人单腿机构进行了动力学分析,得到了单腿结构在运动过程中各关节的输出力矩特性。最后根据动力学分析结果用ADAMS软件对单腿机构进行了足端轨迹和腿部位姿仿真,仿真结果验证了腿部结构的运动平稳性,为后续研究工作提供了理论支撑。     

基于弹簧负载倒立摆模型的闭链弹性仿生腿设计

基于弹簧负载倒立摆(SLIP)模型的结构特性,提出一种面向高速奔跑的新型仿生闭链弹性腿结构。以猎豹的腿部骨骼肌肉系统为仿生对象,基于Stephensen-Ⅲ型连杆机构的构型进行演化设计,在腿部杆件结构中加入弹簧,并引入两杆三副,构建一种符合SLIP模型结构和弹性特性的八杆十副腿部机构。基于闭环矢量法对腿部机构进行运动学分析,采用对称弯月形曲线作为期望足端轨迹,提出一种将机构尺度综合分为腿部骨骼尺寸设计与曲柄摇杆尺寸优化的设计方法,得到了满足期望足端轨迹的结构尺寸。进一步采用拉格朗日动力学方程描述单腿足端地面反作用力与驱动力之间的关系。应用Adams软件建立动力学仿真模型,进行质心速度、质心垂直位移、弹簧变形量等仿真分析。经构型设计、运动学分析、动力学仿真和结构设计,验证了该新型闭链弹性仿生腿可实现快速的奔跑步态。     

六足机器人步态规划与运动仿真

根据地震救援六足机器人的结构和参数,利用D-H理论方法,建立了机器人单腿的运动坐标系,采用高阶函数拟合机器人单腿足端轨迹,得到相应的单腿运动学模型。在MATLAB软件中编写运动学函数,对机器人腿部足端轨迹规划仿真,验证机器人关节的角度曲线、角速度和角加速度的变化范围,从而得到合理的足端轨迹,以期为后期的进一步分析提供一定的理论基础和依据。     

履腿组合机器人的三维建模和爬楼运动分析

为适应不同路况,设计了一款新型的移动机器人。它可以实现履带移动和腿式行走两种运动方式,其兼具了履带和腿式机器人的共同优点,并互补了它们的缺点。分析了履腿机器人的运动,提出了一种合理的步行运动方程,有效的避免了足端在运动起始点和终止点冲击,提高了机器人运动的平稳度。根据所建立的运动方程,获得了机器人腿部关节处的运动轨迹。并依据机器人的行走特点,对其爬楼梯运动进行仿真设计,验证了所设计机构的运动方案真实可行。     

直驱式四足机器人的结构优化设计与研究

设计了一种直驱式四足机器人。基于弹簧倒立摆模型建立了腿部刚度特性模型,分析了腿部杆长比、姿态角与刚度特性的关系,讨论了杆长比对能量利用效率的影响。对五杆同轴腿进行正向运动学和逆向运动学的分析,推导出位置控制算法模型,并利用雅可比矩阵推导出腿部驱动电机输入电流与足端受力的关系。对搭建的直驱式四足机器人进行奔跑实验和跳跃实验,验证了该机器人结构设计的合理性。     

单自由度四足机器人腿部机构设计与分析

针对四足机器人腿部机构的自由度多导致传动控制复杂,腿部转动惯量大导致运动性能差,关节驱动换向导致冲击能耗大等问题,基于机构综合设计了一种由曲柄摇杆机构、四边形机构复合成的单自由度连杆式机器人腿部结构.采用解析法建立了腿部机构运动学模型,为实现足端迈步运动,规划了足端轨迹,并以足端轨迹运动为优化目标,建立了优化数学模型,运用MATLAB优化得到了腿部机构尺寸.在ADAMS软件中建立了机器人虚拟样机模型,采用对角步态仿真了机器人运动特性,验证了腿部机构设计的可行性.     

四足机器人单自由度腿部优化设计及仿真

基于仿生原理的四足机器人是当今国内外众多学者研究的热点。针对四足机器人运动平稳性的要求,提出了一种竖直方向改进型等速运动规律和前进方向仿生运动规律相结合的无冲击足端轨迹形式,推导出分段函数表达式;针对四足机器人存在的驱动多、腿部刚度弱的情况,构思了一种由两个曲柄摇杆机构、同步带传动和一对外啮合圆柱齿轮传动组成的单自由度的新型腿部机构,并建立该机构的运动学模型,推导了其足端的坐标;综合利用遗传算法和非线性优化一般方法,以无冲击的足端轨迹的逼近度为目标,优化计算了机构各构件的最佳运动尺寸和初始位置;使用三维建模软件搭建简化的虚拟样机模型,并导入到Adams软件中进行了Trot步态仿真试验,运动效果达到了预期设计。所提出的无冲击轨迹可以为其他足式机器人的足端轨迹规划提供参考,由两个曲柄摇杆机构组成的多连杆腿部机构优化设计方法为足式机器人腿部设计提供了基础和创新思路。     

一种仿生四足机器人腿部机构的运动学分析与验证

提出了一种用于仿生四足机器人的新型串并混联腿部机构。首先介绍了四足机器人的结构组成,然后基于矢量分析法推导了该串并混联腿部机构的运动学正解与反解方程,并采用蒙特卡洛法求解了机器人腿部机构的工作空间,求出腿机构的速度雅克比矩阵。最后引入基于零冲击原则的足端轨迹,采用Adams软件对机器人单腿模型进行了虚拟样机仿真。仿真结果表明：各驱动电缸的速度变化曲线与理论计算结果一致,误差在±1×10-3m/s范围内,验证了机器人运动学模型的正确性,间接验证了机器人位置方程和工作空间求解的正确性,为腿部机构的静力学分析和动力学分析及整机结构优化奠定了基础。     

液压驱动四足机器人单腿结构设计与分析

为实现四足机器人不同路况下的正常工作,设计了液压驱动的单腿结构。首先,提出了四自由度单腿机构设计方案,建立了单腿简化结构的运动学模型,并利用SimMechanis进行了仿真,通过优化结构参数,获得了最佳的足部运动空间。然后,以上述结构参数为设计条件,进行了单腿的结构设计和运动学仿真。仿真结果验证了腿部结构可以达到理想的运动空间,最后,对受力分析结果进行了研究,以减小液压缸的受力为目标,为机器人在不同的路况下选择不同的步态提供了依据,可以提高机器人的适应性。     

面向农情信息采集的小型四足柔性机器人设计

与大型农业设备相比,采用足式机器人进行农情信息采集可以缓解土壤机械压实问题。为了提高足式机器人运动速度,降低运动能耗,提出一种新型的小型柔性四足机器人结构,在机构设计时采用三段式两自由度腿部结构、远程绳索驱动式膝关节并增加弹簧蓄能装置,推导机器人支撑相的足端轨迹曲线斜率与机器人推进力的关系,提出一种斜线式足端轨迹曲线,仿真及样机试验结果验证了所提轨迹曲线的有效性。