履带式爬壁机器人力学分析及磁吸附结构优化设计

为了解决履带式爬壁机器人吸附性与机动性存在矛盾的问题,设计了一种履带行走与永磁轮吸附相结合的爬壁机器人。为防止机器人在工作壁面上发生滑移和倾覆的失稳状况,对机器人进行静力学分析,得到机器人安全吸附在壁面时永磁轮应满足的最小磁吸附力。对永磁轮进行结构参数设计,并应用COMSOL仿真软件对永磁轮进行磁场分析和结构优化。研究结果表明,优化前永磁轮的吸附力可使机器人在壁面安全吸附;优化后永磁轮的吸附力增大,质量显著减小,吸附效率提高了16.87%。     

具有悬挂系统的轮腿式机器人设计与分析

设计了一种具有独立悬挂系统和足端缓冲机构的六足轮腿式机器人.该机器人结合了轮式机器人和腿式机器人的优点,同时将汽车的独立悬挂系统的设计思想应用在机器人上,降低了不平整地面对机器人的冲击,并减轻了由此引起的振动,保证了机器人在不同的复杂环境下机身内部环境的稳定.本文对该机器人的机构与结构进行阐述,建立了其运动学模型以及其悬挂系统机构和足端缓冲机构的单自由度振动模型,并对其缓冲机理进行分析对比.通过ADAMS仿真软件在不同地形环境下对其进行动力学仿真分析,验证了在机器人的运动过程中,与足端缓冲机构相比,悬挂系统的缓冲减震效果受地形影响较小,且悬挂系统和足端缓冲机构相结合会比单一缓冲机构具有更好的缓冲减震作用.     

电动并联六轮足机器人的运动驱动与多模态控制方法

提出一种并联六轮足移动机器人.该机器人设有多模式Stewart型腿结构,其负载能力大,集成了轮式运动和足式运动的优点,可实现足式、轮式、轮足复合式运动.首先,阐述了机器人设计思路,对电动并联六轮足机器人的硬件系统和控制系统进行设计.其次,针对足式运动模式,设计了一套完整的足式"三角"步态和稳定行走算法,该算法可降低足端与地面之间的垂直方向冲击,防止足式运动拖腿或打滑;针对轮式运动模式,设计并介绍了6轮协同控制和轮式协同转向原理;针对轮足复合式运动模式,介绍了变高度、变支撑面、变轮距、主动隔振控制原理,重点分析了主动隔振控制和变轮距控制,可实现主动隔振及姿态平稳控制,提高了机器人在崎岖颠簸地形下的轮足复合式运动的稳定性.最后,对电动并联六轮足机器人的足式、轮式、轮足复合式运动模式进行实验,实验结果验证了本文提出的并联六轮足移动机器人设计的可行性和各运动模式下驱动与控制算法的有效性.     

四足机器人步态分析及仿真实现

为实现一种液压驱动的四足机器人稳定行走,根据机器人稳定裕量原则,针对JQRI00四足机器人进行了步态规划。根据前期对四足机器人的结构设计,建立了JQRI00四足机器人的虚拟样机;针对其结构特点,分别设计了四足机器人在进行直线行走和转弯时的步态规划,应用ADAMS对虚拟样机进行了直线步态仿真。仿真结果准确、合理,表明所研究的步态规划正确、可行,能够实现四足机器人稳定行走,为机器人后期进行驱动控制奠定了基础。     

仿蟹机器人步态分析与仿真

在仿蟹机器人的行走控制中,步态的选择对机器人的稳定快速行走具有至关重要的作用。本文对仿蟹八足机器人的基本步态进行了分类,并进一步对八足波形步态进行分析,得出八足步行机器人在采用双四足步态的行走方式时,既可以满足速度的要求,又可以保证机器人的稳定性。通过计算机软件ADAMS对所选步态进行全局仿真,结果验证了步态规划的合理性,同时得到了机器人相关物理量的变化曲线,为进一步选择电机,分析机器人系统的动态特性提供了依据。     

足式水上行走机器人智能控制方法设计

以蛇怪蜥蜴为仿生对象,设计了一种足式水上行走机器人.鉴于水面环境的复杂性,提出利用计算机仿真的方法构建足式水上行走机器人及其外界环境整个系统的数学模型.分析了现有的ZMP(zero moment point)算法难以适用足式水上行走机器人控制的原因,提出机器人的CPG(central pattern generator)模糊控制方法.设计了足式水上行走机器人的CPG控制器和模糊控制器,进行参数分析,完成了机器人整个控制系统的搭建,并进行了仿真验证.最后进行了机器人户外水上行走实验,测定了水上行走过程中的实时偏角.实验结果表明该控制方法有效.     

六足仿生机器人机构与控制系统设计

由于六足仿生机器人的足数较多,控制其稳定行走较为复杂,针对控制六足机器人稳定行走的要求,该六足机器人的腿部是参照蚂蚁的腿部结构进行设计,并对其进行建模分析.整个系统在硬件上选取了Arduino、无线模块、显示模块、舵机控制板等;软件上选用Qt Creator在上位机上编程,用于远程遥控六足机器人及观察其行走状态变化;在步态控制上采用了三角步态控制算法.通过设计机械结构、建模分析以及硬件、软件和算法的结合,实现了六足仿生机器人的稳定行走.     

液压驱动型四足机器人电液伺服控制系统仿真建模与实验分析

复杂的作业环境和艰巨的作业任务使液压驱动型四足机器人对其伺服系统的精度、速度和力量均比一般机器人在普通情况下有更高的要求。为掌握液压驱动型四足机器人在多种路况下行走时各液压缸的受力情况以及液压系统内流量、压力的变化情况,需要对其虚拟样机进行机械动力系统和液压伺服系统的联合仿真,定性分析电液伺服系统位置、速度等被控对象的特性,并分析PID控制器在四足机器人伺服控制方面的特性与不足。针对传统控制算法在四足机器人控制存在的短板问题,设计了一种非对称前馈补偿模糊自适应PID算法,并利用物理样机进行了实际验证。实验结果为四足机器人电液伺服控制系统硬件、软件和控制算法的设计与优化指明了方向,还为研究四足机器人平稳步态控制策略提供了决策依据和数据支持。     

水下六足机器人及其运动规划研究现状

水下六足机器人具有丰富的步态样式和冗余的肢体结构,凭借其离散式的地面支撑和对水下障碍、礁坪等复杂特殊地形的极强适应性,具有广泛的应用前景。本文通过充分的文献调研和总结,对目前水下六足机器人平台发展现状进行了综述。针对水下六足机器人的海底爬行能力,分别从稳定性判据、路径规划与自适应行走方法 3项关键技术进行了分析和总结;在稳定性判据方面,分别针对水下六足机器人静态稳定性判据与动态稳定性判据进行阐述;在路径规划方面,在目前典型陆地六足机器人路径规划方法的基础上,结合水下六足机器人独有的运动特性进行阐述;针对水下六足机器人自适应行走方面,分别阐述传统自适应调整方法与目前基于深度强化学习的方法进行介绍;最后对这些关键技术的未来发展趋势进行了展望。     

实用机器人制作讲座（二十）——一些先进的机器人驱动系统

两轮驱动并不是机器人在地面上行走的唯一方法。在前面我们讨论了如何建造一个六足行走机器人。本讲中将要介绍一些极好的机器人驱动系统的设计方法。其中包括：履带驱动机器人、室外三轮机器人、以及六轮驱动机器人。     

四足机器人静步态直线行走规划研究

为使四足机器人以静态步行方式实现稳定直线行走.基于仿生学,利用SolidWorks环境下所构建的虚拟模趔,使用三角函数法对机器人的步行参数进行了规划和设计,并在ADAMS中对所规划的步行方式进行了仿真和检验.进而针对仿真中机器人出现横向偏移的现象,对影响机器人稳定直线行走的原因进行了分析,提出了支撑足零差速规划方法,并在进一步的仿真中证明了方法能有效减小横向偏移量,实现机器人的稳定直线行走.研究结果以及所用的仿真方法对四足机器人的步态设计具有一定的借鉴意义.     

四足机器人腿型配置的仿真分析与性能评价

对于四足机器人,腿型和关节姿态的布置形式极为重要,决定着机器人的运动学和动力学性能;四足机器人的腿型配置形式多样,为了在有效行走的前提下分析不同腿型配置的四足机器人的性能优劣和效率高低,采用基于CPG的仿生步态算法进行运动控制,通过Matlab/Simulink与Adams联合仿真,从速度、能耗和地形适应性三方面对不同腿型配置的四足机器人进行仿真分析和性能评价;通过对比仿真结果得知,前肘后膝型机器人前进速度更快,运动更平稳,横向偏移更小,能耗更低,具有更好的地形适应性,运动性能更优越,为物理样机调试与优化提供了理论依据。     

四足机器人的步态仿真研究

该文通过对一种四足机器人进行设计和步态规划后,利用仿真技术分析它的适应环境与承载能力。首先在四足步行机器人初始结构参数基础上,基于三维软件Pro/ENGINEER建立机器人仿真模型,并将模型导入到仿真软件中完成行走过程,以稳定性为评价指标对机器人进行优化和评价;最后在路面上进行一定量的承载和适应环境方面的分析,为智能化机器人提供一种分析方式。     

轮足复合移动机器人运动规划发展现状及关键技术分析

地面移动机器人已经在资源勘探和灾难救援等多领域得到广泛应用,轮足复合机器人能够结合轮式运动速度快、平稳性高和足式运动的高越障性能等多方面优势,在理论创新和工程技术方面均有重要的研究价值.对近年来国内外轮足复合机器人的机械结构进行分析和比较,将轮足机构复合方式分为4类进行列举和总结.针对多模态运动的优势展开分析,列举轮足复合机器人主要采用的运动建模、规划和控制策略,不仅涉及单独的足式运动和轮式运动,同时涉及足端越障、变构型避障、轨迹规划的轮足复合运动.最后对运动规划关键技术进行总结和展望,指出轮足复合移动机器人后续的发展方向、研究思路和所面临的挑战.     

六足微型仿生机器人及其控制系统的研究

介绍了一种微型六足仿生机器人的结构与控制系统，分析了这种微型六足仿生机器人的移动原理，阐述了如何通过计算机来控制微型六足仿生机器人的运动，该机器人基于仿生学原理，结构独特，简单，新颖，能方便地实现前进和后退，其样相外形尺寸为：长30mm,宽40mm,高20mm，重6．3克，并对该样机进行了实验，实验结果表明该机器人具有较好的机动性。     

未知崎岖地形下四足机器人复合抗扰柔顺控制

为使四足机器人能够在未知崎岖地形中以对角(Trot)步态柔顺且稳定地行走,提出了一种复合抗扰柔顺控制策略。首先,四足机器人的机身和支撑相采用内外环分层控制策略,外环采用全局快速终端滑模控制器来控制机身的位姿,以使机身位姿快速精确地收敛到平衡状态,并通过设计非线性干扰观测器来消除系统不确定性和外界扰动,以进一步提高系统的鲁棒性;其次,内环采用基于力的PD控制器,以使支撑相的足端接触力能够跟踪滑模控制器所需的期望力,实现足端与地面的软接触,减少对机器人的冲击;同时,摆动相采用具有相同主动柔顺性的阻抗控制器;最后,采用MATLAB/Simulink进行了对比仿真实验,结果表明在所提控制策略下,四足机器人在未知崎岖地形中行走具有良好的鲁棒性和柔顺性。     

四足机器人步态生成算法研究与仿真

在四足机器人行走动态控制的研究中,为使四足机器人能在复杂地面状况下行走,提出了一种四足机器人在不平坦地面爬行时的平动步态生成算法.首先构建四足机器人步行机构模型,根据静态稳定性对角线原理的判定确定机器人腿的摆动顺序;以平动步态为例根据机器人前行方向、初始位姿、地面不平坦等因素计算一个步态周期后机器人的位姿从而实现平动直线行走的连续步态算法.考虑了机器人机构约束以及状态变化因素使机器人在每一个步态周期都能跨出尽可能大的步幅实现行走效率的最大化.通过仿真验证了算法的正确性.仿真结果对四足机器人步态稳定性的研究及实现具有实际的参考价值.     

一种六足仿生巡检机器人的设计与实现

六足仿生机器人因其灵活度好、可靠性高、适应性强等特点而得到广泛应用;针对六足仿生巡检机器人,从结构设计、步态规划、系统仿真和实物构建等方面,探索一般意义上系统设计和实现方法;首先设计了六足仿生机器人的多关节机械结构,并给出了此类系统的量化建模方法;然后采用了重心随动的三角步态规划方法,对系统稳定性和典型步态规划进行了量化分析;在此基础上基于标准D-H参数法建立了机器人的运动学模型,并且通过仿真实现了六足机器人向前纵向行走和向右横向行走的直线平稳运动;最后通过六足仿生巡检机器人实物测试,验证了所设计的结构和步态规划方法的可行性和有效性。     

四足机器人躯干重心稳定的变步长行走研究

在机器人稳定性控制优化问题的研究中,四足机器人行走过程中躯干重心位置的波动是运动不平稳的一个重要原因,也会带来机器人的低能效比和机械寿命缩短等问题.为了解决上述问题,研究了四足机器人行走过程中保持重心稳定的方法,提出重心无波动关节运动规划方法.从静止加速到指定速度的过程,速度的增加按S型曲线变化,保证重心的平稳加速;在恒速行走过程中,以躯干重心位置变化的加速度为零、足端在起脚和落脚位置的冲击为零作为约束条件,计算出四足机器人各关节的运动函数,保证了行走过程的重心平稳.机器人行走的步长在行走过程中动态计算,计算依据是保证整个行走过程中重心在水平面的投影始终在机器人支撑脚所在多边形范围之内,可进一步减小重心在垂向的波动.对所提方法进行了计算机仿真,运动规划及关节驱动函数在Matlab中实时解算,运动过程的程序控制采用Matlab的状态机技术,四足机器人行走的动力学过程用Adams实时计算.仿真过程中四足机器人行走平稳,实际重心曲线在横向和垂向的偏移波动极小,表明提方法对于重心的控制是有效的,为机器人稳定行走设计提供了依据.     

四足机器人节律柔顺行走控制

针对节律运动突变碰撞力大和柔顺性低的问题,改进基于Hopf振荡器的中枢模式发生器模型,提出一种节律柔顺行走控制方法。分析Hopf振荡器输出信号与关节运动之间的关系,整合膝关节变量,改变神经元之间的作用关系,实现对称步态和非对称步态行走;分析节律运动碰撞力突变对四足机器人行走产生的负面影响,提出基于碰撞力大小和四足机器人身体姿态的柔顺性评估方法;通过连续调整碰撞阶段大腿的摆动幅度,增大摆动周期,减小碰撞阶段的关节运动速度,形成机器人本体与地面之间的缓冲,实现节律柔顺行走。四足机器人慢走步态和对角小跑步态仿真实验验证了该控制方法的有效性。