四足机器人爬行凸起上坡的运动仿真研究

针对斜坡凸起环境下四足爬行机器人上坡时腿部受较大地面冲击的问题,设计了一种四足机器人的爬坡步态。首先,建立了三维柔性腿部结构模型;接着,针对斜坡凸起路面,对平坦路面下对角小跑步态的抗冲击性和稳定性进行了优化设计;然后,通过机器人单腿正、逆运动学分析,获得了斜坡对角小跑步态下四足机器人足端轨迹与关节角度的映射关系;最后,在斜坡凸起环境下对四足机器人进行了爬行运动仿真。研究结果表明:与平坦对角小跑步态相比,采用斜坡对角步态的四足爬行机器人质心位移更加平稳,其胫节足端接触力峰值较平坦对角小跑步态减小了8.05%,验证了所设计的爬坡步态的合理性。     

四足机器人改进型对角小跑步态研究

传统的四足机器人对角小跑步态一般在机体坐标系中进行规划,在实际应用中存在着摆动腿无法同时着地、机体翻转无法有效抑制等问题,这些都降低了机器人运动的稳定性和精确性。针对以上问题,提出了一种在世界坐标系下规划的改进型对角小跑步态方法,该方法通过浮动机体运动学对摆动相进行规划,在足端的雅可比矩阵中引入机体姿态相关项,从而保证了摆动腿能同时着地,同时在支撑相和摆动相之间增加了四腿同时着地的调整相,对机器人机体位姿进行调整。对比仿真和样机试验结果表明：与传统方法相比,所提方法能够使摆动腿同时着地并能连续调整机体位姿,使机器人获得更好的运动稳定性和更高的位移控制精度。     

可变刚度四足机器人对角小跑控制策略

为提升足式机器人在复杂环境下的自适应稳定运动能力,针对具有主被动变刚度柔性关节的四足机器人提出一种对角小跑步态运动控制策略。基于弹簧负载倒立摆模型与控制目标解耦方法,设计了腾空相对角腿关节角规划,着地相前进速度、机身高度、俯仰角调节及腿部刚度主动调节控制策略,并基于足端触地状态完成了四足机器人对角小跑步态运动规划。研制了具有主被动变刚度柔性关节的四足机器人样机,通过实验验证了所提运动控制策略的有效性与正确性。     

四足机器人对角小跑步态动态稳定步行足端非连续约束及动力学建模

将四足机器人对角小跑步态周期分为摆动相和支撑相,采用D-H坐标法进行四足机器人运动学建模分析,提出基于质心运动定理分析腿机构处于支撑相的足端非连续约束力,通过力雅可比矩阵建立足端约束力与关节广义驱动力的映射关系。考虑足端与环境间的非连续约束,建立了具有变拓扑机构、非连续约束等特征的四足机器人非线性动力学模型,并通过虚拟样机仿真验证了动力学理论分析的正确性,为提高四足机器人非结构环境的机动性和动态稳定性研究提供了参考。     

四足机器人步态时间顺序分析

探讨了四足机器人在1个步态周期内四条腿的时间分布问题,通过对慢爬行步态、对角小跑步态、同侧小跑步态3种规则步态进行时间顺序分析,建立了合理的步态时间顺序分析方法,并绘制了这3种规则步态的时间顺序分布图。     

小型化四足机器人的运动学分析及仿真研究

为降低四足机器人的工作能耗,提高其在恶劣环境下的有效工作时间,提出了一种小型化四足机器人的设计方案。首先,说明了该四足机器人的运动方式,详细介绍了其控制系统、减速传动机构、分解传动机构、间歇分配机构和腿部机构;然后,针对该小型化四足机器人的简化模型进行了运动学分析,将运用Pro/E软件建立好的小型化四足机器人模型导入ADAMS软件中,再基于ADAMS平台进行了三维四足机器人模型的运动仿真;最后,重点分析了该四足机器人双侧腿部进行步态切换时的行走状态,总结出了其速度曲线突变的原因。研究结果表明,该小型化四足机器人可以实现稳定的运动,进而验证了机器人设计方案的可靠性。     

四足机器人 Trot 步态偏航分析及其控制

为了解决四足机器人在对角小跑步态中存在的绕对角线翻转而导致在直线行走时出现偏航问题,在理论分析偏航现象的基础上提出一种姿态控制方法。首先建立四足机器人整体运动模型,通过数值分析和计算,得到偏航产生的根本原因:一是机体由于重力影响,会产生绕支撑对角线的翻转力矩;二是处于支撑相时,髋关节产生的反作用力矩,导致步态时序会提前或延后,引起绕机体对角线翻转。然后在此基础上,建立姿态控制模型,通过传感器测得偏航值,反方向补偿其偏航。最后进行动力学仿真实验,发现机器人在不加姿态控制的情况下,出现较大偏航值,而在应用姿态控制之后,偏航值得到了明显改善,仿真实验对比证明了该姿态控制方法有效地解决偏航问题。     

基于四足机器人的运动学分析与仿真

四足机器人具有灵活机动的特性和跨越地形障碍方面的巨大优势,被广泛应用在野外环境作业并发挥重要的作用。基于四足机器人的仿真涉及机器人设计、受力和运动以及控制方法等各方面,具有创新意义和实用价值。文中综合利用三维建模、基于Tort步态的模拟等方式对四足机器人进行了仿真研究。通过对仿真结果的分析,得到四足机器人对角小跑步态的位移、速度、加速度,关节角速度、角加速度、关节力矩,地面作用力等的变化规律。     

基于ADAMS的液压驱动四足机器人步态规划与仿真

为实现机器人的高负载、不平地面的高适应性运动要求,设计了一种液压驱动的四足机器人。分析了四足机器人的机械结构,机器人腿结构具有运动关节少、运动空间范围大特点,利用ADAMS规划设计了四足运动步态,并在ADAMS中进行动力学仿真。仿真分析了对角步态下机器人质心位移、液压缸驱动力以及与地面的接触力等参数,获得了液压缸工作流量、功率参数。仿真结果验证了机器人结构设计、步态规划的可行性,为液压缸、发动机选型提供了参考依据。     

四足机器人轨迹规划及移动能耗分析

步行机器人移动能效率研究有重要意义。针对四足机器人对角小跑步态,对比分析了三种不同足端轨迹的移动能效率问题。将四足机器人的对角小跑步态周期分为摆动相和支撑相,采用D-H坐标法和反变换法进行了腿机构运动学正逆解分析。基于刚体动力学的质心运动定理分析足端接触模型,考虑动态步行中足端与地面间的接触,曲雅可比矩阵建立步行中足端接触力与关节驱动力矩的映射关系,并基于拉格朗日动力学建模法对四足机器人摆动相和支撑相分别进行动力学建模。规划了三种不同足端轨迹,分别为摆线函数、正弦函数和直线函数,对比分析了三种足端轨迹下的运动学和动力学特性。进行完整对角小跑步态周期的能量消耗分析,以移动能耗率为评价指标,对比分析三种足端轨迹的能量消耗,研究四足机器人步高、步距、关节起始角等步态参数对移动能量消耗的影响,为四足机器人的参数优化和轨迹规划提供理论依据。     

八足机器人行走机构设计及其运动学分析

针对多足机器人在变地形环境下快速行走的问题,对多足机器人的腿部机构与运动模式进行了研究,设计了两种机器人腿部行走机构,即六连杆腿部机构与齿轮传动腿部机构,并基于这两种腿部行走机构组合了一种八足机器人。首先,对八足机器人各腿部行走机构和整体结构进行了设计分析,根据各腿部机构选择适用步态进行了研究,即前后连杆腿的对角步态与中部齿轮腿的单线直行步态;然后,研究了机器人的两种不同腿结构的行走性能,对其进行了运动学分析;最后,整体分析了机器人对角步态和越阶梯两种运动模式,并通过ADAMS软件对机器人两种运动模式进行了运动仿真,将后处理曲线与运动分析进行了对比。研究结果表明:机器人行走具有稳定性,两种运动模式具有可行性。     

四足爬行机器人步态分析与运动控制

为了实现液压作动的四足步行机器人的稳定行走,根据运动稳定裕量原则规划四足机器人的直行步态,保证三足支撑机体时稳定裕量为100 mm;针对液压缸运动加速度突变导致机体冲击振动的问题,提出了利用S型曲线作为各自由度的运动位移控制规律的方法。按照JQRI00型四足步行机器人原理样机的结构建立了虚拟样机模型,应用仿真软件对所设计步态进行了仿真,分析了步态的运动学、动力学特征和位移控制方法的运动特征;在四足步行机器人原理样机上进行了试验,并将试验与仿真结果进行了比较。研究结果表明,所设计的机器人步态可行,保证了机器人具有较好的行走稳定性;将S型曲线用于位移控制,消除了液压缸运动加速度的突变,进一步提高了机体运行的平稳性。     

四足机器人典型步态仿真

四足机器人相对于双足机器人在稳定性和承载能力上要好,而相对于六足和八足步行机器人在结构和控制上比较简单,因此四足步行机器人已经成为移动机器人领域研究的热点之一.文中运用SolidWorks、ADAMS和Mtalab/Simulink建立机器人仿真模型,并在仿真系统中对机器人进行平面直线行走步态的仿真研究,并对质心速度均匀和非均匀情况下的机器人运行效率、足尖地面碰撞力、单腿髋关节力进行了仿真与分析.经仿真验证:相对于质心速度非均匀步态,质心速度均匀的步态在机器人运行稳定性和运行效率方面均得到很大的提高,而对足尖碰撞力和单腿髋关节力影响较小.     

四足机器人启动步态设计及稳定性分析

为保证四足机器人在以离线规划的对角步态行走过程中的稳定性,通过分析机器人行走的数学及力学模型而设计一种由静止状态启动至稳定运行过程的多步变步长启动步态,首先建立了从启动到稳定运行过渡过程中四足机器人的运动学模型,使用MATLAB软件计算求得机器人启动过程中各个关节的运动节律角度数据,并在adams动力学仿真分析软件中进行了物理样机模型的对角步态行走测试。仿真分析及样机试验结果验证了,该启动步态能够有效的防止机器人因单步启动时姿态偏角过大所造成的冲击并保证行走时的平稳性。     

液压驱动四足机器人步态规划和运动控制

针对液压缸运动加速度突变影响四足机器人运动平稳性的问题,对液压缸的加减速控制方法进行了分析,对液压缸的运动平稳性和特性等方面进行了研究,提出了7次位移曲线控制方法作为液压缸的位移控制规律。根据运动稳定裕量原则规划了四足机器人的直行步态,保证三足支撑机体时稳定裕量为75 mm。利用ADAMS仿真软件对所设计步态进行了仿真,分析对比了步态的运动学量、动力学量和位移控制规律的运动特征曲线,验证了步态的可行性。在四足机器人原理样机上进行了实验调试,并将试验与仿真结果进行了比较。研究结果表明,机器人能够根据规划的步态完成多个循环的稳定行走,通过7次位移曲线的应用提高了机身在整个行走过程中的平稳性。     

非结构环境六轮腿机器人典型路况步态规划及分析

针对非结构环境下六轮腿机器人地形通过性及高效行走问题,在已有并联六轮腿机器人模型的基础上,建立六足轮腿机器人运动学模型,分析机器人在凸起、凹坑、斜坡、崎岖等典型非结构地形下的移动能力,获得典型非结构地形机器人移动能力与机器人构型参数的相互影响关系.进而规划了六轮腿机器人典型大尺度非结构地形条件下的运动步态,通过ADAMS软件仿真验证了运动模型的正确性及运动步态的可行性;研究结果可为六轮腿机器人非结构地形条件下实现高效行走的控制策略提供借鉴.     

非结构环境六轮腿机器人典型路况步态规划及分析

针对非结构环境下六轮腿机器人地形通过性及高效行走问题,在已有并联六轮腿机器人模型的基础上,建立六足轮腿机器人运动学模型,分析机器人在凸起、凹坑、斜坡、崎岖等典型非结构地形下的移动能力,获得典型非结构地形机器人移动能力与机器人构型参数的相互影响关系.进而规划了六轮腿机器人典型大尺度非结构地形条件下的运动步态,通过ADAMS软件仿真验证了运动模型的正确性及运动步态的可行性;研究结果可为六轮腿机器人非结构地形条件下实现高效行走的控制策略提供借鉴.     

非结构环境六轮腿机器人典型路况步态规划及分析

针对非结构环境下六轮腿机器人地形通过性及高效行走问题,在已有并联六轮腿机器人模型的基础上,建立六足轮腿机器人运动学模型,分析机器人在凸起、凹坑、斜坡、崎岖等典型非结构地形下的移动能力,获得典型非结构地形机器人移动能力与机器人构型参数的相互影响关系.进而规划了六轮腿机器人典型大尺度非结构地形条件下的运动步态,通过ADAMS软件仿真验证了运动模型的正确性及运动步态的可行性;研究结果可为六轮腿机器人非结构地形条件下实现高效行走的控制策略提供借鉴.     

基于免疫遗传算法在四足机器人行走中选择最佳质心位置

为了提高四足机器人在对角小跑步态过程中的稳定性,运用一种新的方法来保证四足机器人的动态稳定性,并对四足机器人进行了数学分析和物理建模,在理论上分析了其质心位置的变化对自身稳定性的影响,同时使用免疫遗传算法求出了质心的最佳位置。通过实验的方法和原质心点进行对比,证明了用免疫遗传算法寻找的质心点能使四足机器人的偏转角度最小。     

基于足端轨迹规划算法的液压四足机器人步态控制策略

设计一种液压四足机器人仿生机构,通过设定相应的坐标系为机器人进行运动学建模,并对行走过程中单腿的相位关系进行了分析。针对行走过程中足端的拖地、滑动和接触冲击等问题,提出一种零冲击的足端轨迹规划改进算法,并实现了步态规划算法设计。步态规划根据步态中各腿间的相位关系,借助四足机器人运动学模型进行逆运动学解算,求出各腿的关节角度函数,利用机构的几何关系得到各液压缸伸缩量控制函数,对试验样机各腿进行伺服驱动控制,从而实现液压四足机器人的步态规划行走。仿真试验结果表明,在该策略驱动控制下液压四足机器人行走过程连续平稳,样机足端轨迹较为平滑,躯干起伏较小,证明了该足端轨迹规划方法用于四足机器人步态设计的合理性和有效性。