一种基于并联6自由度结构的电动轮足机器人

针对现有基于串联式机械腿结构的四足机器人无法同时满足承载能力大、环境适应性强、运动速度快等要求的问题,提出了一种基于并联6自由度结构的电动轮足机器人结构原理,集成了轮式运动和足式运动各自的优势.在对机器人并联式轮腿进行运动学和动力学分析基础上,建立了单腿动力学模型和机器人整体运动学模型,提出了机器人机身姿态调整算法,有效提高了机器人运动过程中姿态的平稳性.仿真与实验验证了所提出的轮足复合式机器人的可行性和轮式运动时机器人机身姿态调整策略的有效性.     

亚太大学生机器人大赛中机器人移动方式的探讨

本文介绍了在亚太大学生机器人大赛中机器人移动的几种方式,轮式、履带式、轮履复合式,还对几种常用的驱动方式作了介绍,并对它们的优缺点进行了分析比较。     

基于CPG的六足机器人运动步态控制方法

中枢模式发生器（CPG）在六足机器人的运动步态控制中起着至关重要的作用。为了研究六足机器人的运动控制方法,首先基于仿生学原理设计了六足机器人的机械结构,并在虚拟样机软件ADAMS中搭建其三维模型;其次选择Hopf振荡器作为CPG单元,并改进了振荡器模型;然后设计了六足机器人的CPG网络拓扑结构,包含单腿关节映射函数方案和腿间CPG环形耦合网络方案,并对其进行了改进;最后通过ADAMS和MATLAB联合仿真实验,验证了所设计六足机器人的运动稳定性和CPG控制方案的可行性与有效性。仿真结果表明,该方法能够满足六足机器人不同运动步态的控制需求,对六足机器人的运动控制具有一定的实际应用价值。     

四足机器人对角小跑步态非线性控制方法仿真

针对现有的四足机器人对角小跑步态控制方法存在的机器人运动速度较慢、灵活性较差等问题,提出了一种基于虚拟模型的四足机器人对角小跑步态非线性控制方法。方法需要构建一个四足机器人模型,并在该模型的工作范围内建立一个平面直角坐标系,在不考虑机器人足端车轮滑动的情况下,将驱动四足机器人的运动方程转换成矩阵的形式,寻找有界输入平动线速度和转动角速度,使矩阵在其控制下产生的误差可以在大范围内保持稳定。求解该四足机器人在工作平面坐标系中姿态误差的微分方程,构造该微分方程的Lyapunov函数并对其求导,根据求导结果设计一个四足机器人驱动控制器,通过该驱动控制器实现对四足机器人的对角小跑步态非线性控制。仿真结果表明,所提方法能够在快速、灵活的情况下实现对四足机器人对角小跑步态的非线性控制,且鲁棒性较高,能够满足用户需求。     

高性能液压驱动四足机器人SCalf的设计与实现

详细阐述了液压驱动的四足仿生机器人SCalf的结构组成、机载动力系统、液压驱动器和实时控制系统.利用基于姿态解耦的运动控制方法,实现了机器人的平稳、快速运动.开发了基于足底接触力的腿部柔顺控制方法,提高了机器人对复杂地形的适应能力.在实际运行实验中,验证了SCalf机器人在非平整路面、易打滑路面、上下坡及上楼梯状况下的运动能力,以及受到侧向冲击时的抗扰动能力和自主平衡能力,证明了SCalf四足机器人能够满足较为复杂地面环境下的行走需求.     

四足机器人对角小跑步态下液压驱动单元位置伺服控制特性参数灵敏度研究

高性能四足仿生机器人的关节由高度集成的液压驱动单元(HDU)驱动,液压传动的引入在带来高性能的同时,也增强了非线性和参数时变性等问题,此外机器人各关节复杂多变的载荷特性,也增大了每个关节HDU的控制难度.为了有针对性地进行对角小跑步态的控制补偿,研究了各HDU位置控制特性的主要影响参数.首先,考虑伺服阀动态特性、压力-流量非线性、伺服缸活塞初始位移及摩擦非线性,搭建其位置伺服控制系统.基于HDU实际结构参数和工作参数建立仿真模型.将HDU实测的摩擦力及对角小跑步态下各关节实测的位移与外负载力数据加载至仿真模型中,得出HDU伺服控制的输出位移及负载力仿真曲线,并进行了试验验证.基于位置伺服控制方程,推导含非线性和时变参数的灵敏度方程表达式,进而求解4个关节工况下HDU输出位移对各参数的灵敏度函数.以采样时间内参数变化引起输出变化的最大值及参数变化引起输出变化绝对值的总和为灵敏度衡量指标,给出指标变化柱形图,分析各参数灵敏度变化规律,并对各HDU中供油压力、比例增益、活塞初始位移及外负载力4个参数的灵敏度指标进行试验验证.最后得到了对角小跑步态下影响各关节HDU位置控制特性的主要和次要影响参数,为位置补偿控制器的设计提供了参考.     

液压驱动四足机器人控制系统开发

针对液压驱动四足机器人的结构特点和自动化运动需求,设计基于CAN总线通信的分层式控制系统,分为远程监控层、规划控制层和执行控制层三层,并按照控制系统总体设计方案进行硬件系统和软件系统开发;该控制系统应用基于WINDOWS的PC机和基于ARM开发的触摸操控板进行远程监测和控制,采用基于QNX的PCI/104单板机对机器人的运动进行规划,选用DSP作为执行机构处理器,从而构建了一个具有工作性能稳定、实时响应快、结构紧凑等特点的控制系统平台;软件系统采用模块化设计的思想进行开发,提高了控制系统的扩展性;最后,通过对液压缸运动的控制实验,验证了该控制系统的稳定性和可靠性。     

液压四足机器人的实时分散解耦控制

针对液压驱动四足机器人单腿协调性难以保证的问题,开发了一种实时分散解耦控制系统:基于PC-Based控制系统架构,在RTX环境下模块化了实时控制子任务,并对多任务的处理进行了实时调度,搭建出了机器人的实时分散控制系统框架;针对单腿系统设计了基于PID神经元网络的广义解耦控制算法,并将其嵌入到整体程序框架中,实现了多腿联动的分散解耦控制;物理样机实验表明开发的控制系统能够满足分散解耦控制算法的实时性要求,提高了四足机器人运动的协调性,进而保证其连续稳定地行走,具有一定的独创性与实用价值。     

基于多模态PID的曳引机驱动控制系统设计

曳引机的驱动控制系统是垂直升降电梯的关键设备,对电梯性能具有重要影响,具有较大的研究价值;对一种基于多模态PID控制的永磁同步曳引机电梯驱动控制系统进行了研究;给出了曳引机驱动控制系统的总体设计方案,将系统分为主控模块、驱动模块和信号采集模块进行设计并介绍了各模块硬件电路的设计;针对曳引机控制采用了电流、速度双闭环控制算法,给出了主控制器DSP的软件流程设计,并对速度环采用的多模态PID控制算法进行了研究;在电梯公司的试验塔对设计的驱动控制系统进行现场调试,调试结果表明电梯在高、中、低速下都能够良好地跟踪给定的S型速度曲线,且超调量较小,稳态误差较小,可以满足电梯控制的性能指标要求。     

基于CPG的并联腿四足机器人步态控制

并联腿结构的四足机器人具有承载能力强、刚度大、运动精度高的优点,但控制复杂。为更好地控制,提出了一种串联结构等效方法对并联腿进行了分析,结合中枢模式发生器（CPG）对等效的髋、膝关节进行控制,从而实现四足机器人不同步态,并利用ADAMS与MATLAB/SIMULINK软件搭建了四足机器人的虚拟样机与控制系统。仿真实验结果表明,串联等效分析方法能够应用于并联腿结构,CPG可实现四足机器人的Walk与Trot步态,验证了该方法的可行性与有效性。     

基于姿态角的轮腿机器人驱动控制系统研究

在城市楼道环境中,尤其在面对楼梯等障碍时,五星形轮腿式机器人具有越障能力强、控制简单的优势。为防止机器人在攀爬楼梯时出现较大偏航倾斜,通过仿真软件ADAMS和Simulink中建立了五星形轮腿式机器人的整车动力学模型和PID速度控制模型。结果表明,该联合仿真控制模型能有效、快速地控制机器人速度,减小偏航角度,降低了研究和开发成本。将该驱动控制系统移植到原机器人系统中,并分析了机器人在本控制系统控制下攀爬楼梯等特殊情况下的稳定性能。     

轮式移动机器人曲线行走控制的实现

从实用的角度出发,对轮式移动机器人沿曲线轨迹行走的控制进行了研究。设计了电机伺服控制系统和定位模块来实现机器人的运动控制系统功能,并基于移动机器人动力学模型设计了稳定有效的曲线行走控制算法。机器人沿抛物线和椭圆轨迹行走的实验结果表明,移动机器人曲线行走控制的硬件结构和软件功能是可行实用的,该户外轮式移动机器人运动控制系统的结构设计和功能设计符合实用要求,具有一定的应用价值。     

并联机器人仿真运动控制的多线程实现

现代运动模拟器对响应快速性、跟踪准确性等仿真运动特性提出了更高要求,使得并联机器人机构的运动控制更为复杂。以某型潜艇操纵模拟器为例,其控制软件采用模块化设计,利用NT环境下多线程技术,结合多媒体定时器、普通定时器,实现软件的洗出滤波、运动学反解、运动信息发送、安全保护等多任务的有机调度。在外控线程中建立网络数据接收、数据处理、液压缸控制信息发送等三个子线程,将它们从外控线程中分离出来,大大提高了数据传输和处理及运动控制的实时性和可靠性。     

A Real Time Self-Tuning Motion Controller for Mobile Robot Systems

This paper proposes an intelligent controller for motion control of robotic systems to obtain high precision tracking without the need for a real-time trial and error method. In addition, a new self-tuning algorithm has been developed based on both the ant colony algorithm and a fuzzy system for real-time tuning of controller parameters. Simulations and experiments using a real robot have been addressed to demonstrate the success of the proposed controller and validate the theoretical analysis. Obtained results confirm that the proposed controller ensures robust performance in the presence of disturbances and parametric uncertainties without the need for adjustment of control law parameters by a trial and error method.      

轮腿式机器人倾覆稳定性分析与控制

对于运动在不平坦地形中的移动机器人而言,其倾覆稳定性非常关键．设计了一种结构对称的轮腿式机器人,它有4个独立的轮腿运动单元,能够变化多种构形．采用动态能量稳定锥方法和倾覆稳定性指数对机器人的稳定性进行综合评价,建立了一个模糊神经网络自适应控制系统．根据稳定性指数值,该系统可以实时改变机器人的构形和速度,保证其倾覆稳定性．正弦路面上的仿真结果表明,该系统所产生的动作实时性好、可靠性高,能够降低机器人自主越障过程中的危险．     

基于模糊自适应控制的全向移动机器人的运动控制研究

由于四轮驱动全向移动机器人轮系分布的特点,四轮之间存在耦合关系,在运行过程中,机器人整体运动的稳定性及控制精度都不佳。针对此问题,本文设计一种基于模糊自适应控制器的误差修正方法,结合模糊控制和PD控制,在线对机器人体进行误差修正,并将整体误差按轮系结构分布合理分配到单个轮子上,从而将整体的误差修正转化为单个轮子的误差修正。通过在Matlab-Simulink环境下仿真实验表明,在使用模糊自适应控制器进行误差修正后,机器人对线速度及角速度的跟随性明显提高,改善了机器人运动控制的精度。     

嵌入式移动机器人目标搜集运动控制研究

本文基于移动机器人平台设计实现了核心嵌入式控制系统,采用上位机-下位机两级体系结构,开发了环境信息采集上位机软件及机器人运动控制下位机软件;通过激光测距仪实时测量与数据处理,实现机器人对环境目标的探测与感知,设计了电机控制器用于实现机器人运动控制;最后,针对目标搜集使命案例,验证了移动机器人对环境目标的自主探测与搜集的作业能力,实验结果表明：所设计的嵌入式控制系统及其运动控制器满足使命任务要求。     

小型两栖仿龟机器人多模式运动研究

针对浅滩环境和水下狭窄空间的科研考察、资源勘探等任务,提出一种“腿－多矢量喷水”复合驱动的小型两栖仿龟机器人。通过研究“腿－多矢量喷水”复合式驱动系统的运动机理,设计仿生爬行步态和旋转步态。根据“腿－多矢量喷水”复合驱动机构的变结构特性,提出“H”、“工”和“X”等多模式运动。通过机器人水中运动学建模,建立基于实时动态推力矢量分配优化机制的水中3维自主运动控制方法。最后搭建机器人原型机,陆地上的多地形运动实验验证了机器人在非结构化浅滩环境中的适应能力强,水中运动控制实验验证了两栖机器人多模式运动控制的灵活性和可行性。     

自由飞行空间机器人系统的协调运动控制

考虑由载体和机械臂组成的空间机器人系统的协调控制问题,提出了一种新的协调控制策略.该策略首先利用简单的变结构控制器粗略控制载体的运动,进而设计机械臂控制器以保证手端精确跟踪其期望的运动轨迹.应用该策略分别对手端自由运动和受限运动设计了相应的控制器,并对两杆平面空间机器人系统进行了仿真,证实了控制策略的有效性.     

基于IPC与运动控制卡的机器人运动控制系统

工控机(IPC)和运动控制卡组成的开放式机器人控制系统,具有可靠性高、信息处理能力强、开放程度高、运动轨迹准确等优点,利用其来进行六自由度关节机器人的运动控制系统的开发.IPC实现上位机功能,完成人机交互、运动学运算等任务.下位机采用PMAC运动控制卡,对各关节电机进行伺服控制.上位机基于Visual C++编程,通过调用PMAC的动态链接库编写上位机人机界面实现对PMAC卡的控制,另外介绍了伺服驱动器的设置以及PMAC的PID调节.实践证明这套系统工作可靠,完全满足要求.