基于Kimura振荡器和虚拟模型的气动肌肉四足机器人步态控制

步态控制是四足机器人适应复杂地形的关键,为此对机器人步态进行规划和控制,提出一种步态控制器。针对气动肌肉驱动的四足机器人,根据机器人Denavit-Hartenberg参数建立单腿运动学模型;采用Kimura振荡器设计四足机器人步态的中枢模式发生器（CPG）网络,并改进振荡器输出与关节角度之间的映射关系;采用摆线函数规划机器人足端轨迹,基于生物神经反射机理和虚拟模型控制（VMC）,以肢体摆动相位和足端触地信息为状态切换条件,建立沟壑地形自适应步态控制器;搭建Adams与MATLAB联合仿真平台和实物样机测试平台,对步态控制器进行验证。结果表明：改进的CPG步态网络可减小步态参数间的耦合,所生成信号的幅值和相位稳定;基于CPG和VMC的步态控制器能实现机器人对角步态运动,并能跨越宽度为机器人足端宽度的2.50倍沟壑。     

新型四足并联军用机器人步态控制算法及仿真

在多关节步行机器人控制策略中，全部采用中央模式(CPG)网络进行控制的方法具有参数繁多、网络结构复杂的特点；机器人的工作环境通常多变且复杂，对机器人的灵活性和抗干扰能力提出了更高的要求，故仅采用单一的控制模式很难满足上述需求。针对上述问题，在机器人控制上把基于CPG的控制方法和基于虚拟模型的控制方法进行综合，对单腿为3-UPS机构的四足并联军用机器人设计了一种新型步态控制算法，用CPG完成机器人的基础步态，完成输入输出之间的非线性振荡器网络模型的搭建，并将模型的输出与关节电机的驱动力矩构成映射关系；再用虚拟模型生成行走时保持机器人平稳姿态所需要的足端虚拟力，并将足端虚拟力映射为关节驱动力矩。通过V-REP与MATLAB软件对该步态控制算法进行联合仿真实验。仿真结果表明：所提出的步态控制算法有效；新算法的优势在于简化控制网络的同时还能保证机器人在行走过程中拥有较强的灵活性和抗干扰能力，这种新型控制模式为四足并联军用机器人的步态控制提供了新的思路与方法。     

扭型曲面的机器人数字控制自动搜寻淬火系统

扭型曲面的机器人数字控制自动搜寻等离子淬火系统,由主控计算机、工业机器人、等离子淬火焊机、2套定位夹紧装置和激光位移传感器等组成.主控机通过I/O控制等离子焊机,采用RS232与机器人控制器通讯.并将反映叶片复杂型面的空间数据点阵,通过在线数据检测、坐标转换、空间曲面拟合等转换成机器人可识别的作业代码,完成离线编程过程.最后通过相应指令代码调用机器人作业,完成叶片空间型面的机器人自动再现及淬火.     

气轮机叶片未知曲面的机器人自动搜寻技术

气轮机叶片淬火时未知曲面的机器人自动搜寻,结合激光非接触检测实现.系统由主控计算机、机器人、等离子淬火焊机、2套叶片定位夹紧装置和激光位移传感器等组成.通过机器人法兰盘中心点与传感器检测点的坐标变换,经寻找叶片淬火区域边点→寻找叶冠淬火区域边点→计算边点坐标→搜寻背部型线→搜寻叶片轨迹型线→计算叶片坐标点等步骤,由主控制器按搜寻空间数据点阵规划机器人作业轨迹.从而实现对未知曲面的自动搜寻.     

六足机器人爬楼步态与仿真

为提高六足机器人对楼梯障碍物的适应能力,设计一种半圆型腿式的六足机器人。根据机器人的结构特 点,规划了六足机器人爬楼梯中的四足步态。基于步态规划,分析和建立了四足步态的运动学模型。通过对各条腿 的支撑相角度和摆动相角度的调整,用 ADAMS 软件对机器人进行了动态仿真。仿真结果表明：六足机器人结构设 计合理,在四足步态下能实现连续爬楼梯,且机器人的机体质心位移曲线在时间上连续光滑,验证了运动学模型的 有效性。     

仿生四足机器人结构设计与运动学分析

为满足四足步行机器人野外探索的任务需求,设计一种具有5个自由度的机械腿.应用模块化的设计理念将其拆分成基节模块、股节模块和胫节模块进行设计.通过机械腿正运动学分析,在Matlab仿真环境中计算出机械腿足端工作空间,并结合四足机器人的躯干结构,设计一种连续性的爬行步态,完成其足端轨迹规划,采用梯度投影法对这种冗余机械腿进行逆运动学求解,并在Adams中进行运动学仿真.仿真结果表明:五自由度冗余机械腿各关节能在尽量避免关节极限角的情况下实现连续爬行步态,且四足机器人的机体质心位移曲线在时间上连续光滑.     

基于数值图谱法的下肢仿生关节康复器械

设计一种基于数值图谱法的下肢仿生关节康复器械,可以弥补传统下肢截瘫疗法中的不足,同时实现单个电机驱动2个关节,结构简单易于实现。通过分析人正常行走时的步态,确定了各关节的实现机构类型,采用特征参数法对各关节实现机构的各杆杆长进行设计计算,借助 FFT(快速傅里叶变换)数学工具,提取机构的输出函数曲线的特征参数;应用Matlab编程对髋关节和膝关节进行设计计算,可达到设计目标。仿真结果表明：该方法拟合误差可以控制在5%范围内,不会对患者造成二次伤害。     

基于改进黑猩猩算法的弹药装填轨迹规划

以弹药装填机器人为研究对象,针对弹药装填机器人关节空间的时间最优轨迹规划,提出了一种基于改进黑猩猩算法的时间最优轨迹规划算法。通过逆运动学求出弹药装填机器人的关节空间路径插值点,采用3-5-3多项式插值构造弹药装填机器人轨迹,建立以时间最优为目标的目标函数,再与其他同类型算法进行比较,对比结果显示,采用改进黑猩猩算法求解精度更高,收敛速度更快。在速度约束条件下,基于改进黑猩猩算法进行轨迹优化,得到平滑的机器人位置、速度和加速度曲线。结果表明,采用改进黑猩猩算法进行弹药装填机器人轨迹规划,能够缩短机器人的装填时间,提高机器人的装填效率。     

直流伺服机器人自适应变结构控制

采用饱和型标量函数构成非线性滑模建立直流伺服机器人控制系统的自适应变结构数学模型.根据动力学方程推导出自适应变结构控制律,并通过Lyapunov函数分析,证明了该机器人控制系统的稳定性.用Runre-Kuta法对两关节的控制律进行仿真,其结果表明该机器人控制系统具有较强的抗干扰能力,能稳定地跟踪期望轨迹.     

基于XML的人机交互微装配机器人实时任务规划

基于XML的微装配机器人的人机交互,操作者可通过微装配任务编辑器和图像空间直接编辑装配路径进行微装配实时任务规划,由显微视觉伺服控制机器人自动执行.微装配任务编辑器以文本和对话框形式实现任务规划及任务树的创建,并采用DOM接口实现相关XML节点操作.在线编辑装配路径允许操作者使用鼠标分别在水平与垂直光路图像平面点击,直接选定操作手和操作对象.     

由2自由度并联髋关节构成的脊柱式四足步行机器人步态规划和稳定性分析

针对四足机器人研究中的承载能力低、行走平稳性差问题,设计了一种由2自由度并联髋关节构成的脊柱式四足步行机器人。采用解析几何法和坐标变换法对机器人站立腿和摆动腿进行运动学建模,根据足端位置逆解求得了髋关节变量,进而提出一种无膝关节四足机器人的直行步态、定点转向步态和爬楼梯步态规划方法。基于运动学模型和步态规划方法,通过数值仿真分别得到步态周期内瞬时稳定裕度数据和重心高度变化数据,结果表明四足机器人有较好的稳定性。机器人步态试验验证了该步态规划方法的合理性和有效性。     

具有广义肩关节的上肢康复机器人优化设计

肩关节作为上肢运动的基础,肩关节康复训练范围的大小是决定上肢整体康复效果的重要因素。为帮助上肢残障患者进行康复训练,设计一种具有广义肩关节的康复机器人,该机器人的肩关节具有6个自由度,与人体生理结构上的肩胛带复合结构相协调。现有康复机械臂存在肩关节驱动数量多、工作空间小的问题,为此在给定工作空间条件下对机械臂肩关节转动轴线夹角进行了优化设计。利用指数积公式和Paden-Kahan子问题计算方法分别求解康复机器人盂肱关节的3个转动副运动学正反解,提出一种角度评价指标优化转动轴线夹角的方法。结合MATLAB软件分析机械臂盂肱关节与人体的干涉情况,给出机器人盂肱关节相对于人体的最优安装位姿。求解整个6自由度肩关节康复机器人的运动学正反解,通过实验验证了优化后的机器人盂肱关节结构比传统正交结构在相同安装空间下可达运动空间更大。结果表明,优化后的6自由度肩关节康复机器人,具有在较小安装空间内实现较大活动范围的特点。     

一种轮腿复合型机器人的步态研究与越障性能分析

为实现地面移动机器人在复杂地形下的环境探索需求,结合轮式机器人的高速特性和足式机器人对地形适应性强的特征,提出一种轮幅型轮腿复合型机器人,并针对其在移动过程中的振动问题以及爬梯过程中的越障问题,对机器人进行步态研究及性能分析。从静力学分析中得出机器人轮腿结构以不同姿态着地时的受力情况,结合实际情况中机器人运动约束对机器人在前进、转向和越障等任务中的步态进行分析,并基于动力学仿真ADAMS软件建立动力学模型来模拟机器人不同步态下的振动情况以及越障性能。研究结果表明,结合本文提出的步态控制方法,该轮腿复合型机器人在复杂地形环境中具有较好的行进效率和越障能力。     

基于混合神经振荡器的爬行四足机器人运动协调控制

中枢神经模式振荡器常用于多足机器人运动协调控制。为实现含有主动柔性躯干的爬行四足机器人运动协调控制,构建一种混合神经振荡器。该振荡器利用Hopf振荡器和Kuramoto振荡器对机器人四肢和躯干进行协调控制,并通过建立二者之间的耦合关系实现四肢与躯干的协调运动。利用仿真平台搭建爬行四足机器人虚拟样机,对静走步态、对角步态以及两种步态间柔顺切换分别进行直线运动仿真,同时对该协调控制进行可行性验证,获得虚拟样机运动图像以及其足端轨迹曲线。仿真结果表明：该混合神经振荡器可实现机器人的静走与对角步态直线运动;通过建立静走和对角步态下四肢与躯干之间的协调关系,并改变机器人各腿部振荡器之间的相位差,能进行两种步态之间的柔顺切换。     

爬杆机器人研究现状与展望

为推动爬杆机器人的发展,对爬杆机器人的现状进行分析,对其发展方向进行展望.将现有爬杆机器人分为滚动式爬杆机器人、夹持式爬杆机器人、仿生式爬杆机器人和吸附式爬杆机器人4大类,着重介绍其工作特点及国内外爬杆机器人领域中具有代表性的一些研究成果.通过对4类爬杆机器人性能对比分析,提出爬杆机器人的技术难点,并结合当前新技术的发展,从新型化、多功能化、模块化、独立化和智能化5个方面展望爬杆机器人的未来研究方向.该研究有较高的实用参考价值.     

基于弹簧的绳驱动4-SPS/U刚柔并联式躯干关节机构设计与运动学建模

结合绳驱动和刚性并联机构二者的优点,采用过约束并联机构的构造方法,提出了一种2自由度绳驱动4-SPS/U刚柔并联式躯干关节机构。该躯干关节机构可以使6足移动机器人灵活地实现行走、水中推进、攀爬以及滚动等多种运动模式。利用螺旋理论计算了绳驱动4-SPS/U刚柔并联式躯干关节机构的自由度;结合封闭矢量方法和特征结构配置解耦法构建了该机构的运动学逆解模型,推导出该机构的速度和加速度模型,并通过雅克比矩阵分析了机构奇异性。通过理论数值方法计算出该躯干关节机构的位移、速度和加速度理论仿真数据,将理论仿真数据与Adams软件仿真数据进行对比,从而验证了理论模型的正确性。