液压足式机器人单腿主动柔顺性控制

针对传统液压足式机器人足式步态行走过程中,足端会受到地面较大冲击力,容易对机身产生冲击,造成机身不平稳等问题,提出了一种基于位置内环阻抗外环的柔顺控制算法,有效地降低了足端冲击力,使得足端与地面友好接触。首先,以液压足式机器人单腿为对象,对机器人单腿结构和工作原理进行介绍;其次,设计了单腿液压伺服控制回路系统,并对液压足式机器人元器件进行选型;最后,针对足式行走足端柔顺性触地问题设计了位置内环阻抗外环的柔顺控制算法,利用单腿实验平台进行柔顺性触地实验。实验结果表明基于位置内环阻抗外环的柔顺控制算法,有效地降低了足端冲击力,验证了该文设计思路及算法应用的可行性。     

基于被动柔顺性的机器人位置/力控制

为了精确控制具有被动柔顺性末端执行器的平面多关节机器人,提出了一种被动关节与主动关节分离的外环位置/力串行控制策略。位置/力控制策略分析表明,基于被动柔顺性的机器人可以通过主动关节控制实现被动柔顺末端的弱控制。基于此,提出了先进行位置控制,然后保持位置不变进行力控制的串行控制策略,既实现了位置/力的独立控制,又解决了被控参数的冲突问题。基于几何法,进行了逆运动学求解。在MATLAB7.0平台上仿真研究了分度角分别为0、30°、60°与90°时的轨迹扫查情况,表明位置与力控制都能够快速收敛并满足一定的精度。在实际的系统上,进行了扫查试验,结果表明提出的控制策略是切实可行的。     

基于力反馈的液压柔顺驱动器补充能量控制

在大型足式机器人的驱动系统中,使用液压柔顺驱动器进行补充能量控制可以极大地提高机器人的续航能力,因此具有很强的实用价值。首先通过扫频的方式分别得到驱动器输出端空载状态位置频率特性曲线和输出端静止状态力频率特性曲线,然后通过MATLAB的ident系统辨识工具箱进行模型辨识得到较准确的驱动器数学模型。基于上述模型采用自抗扰力控制器,实时估计扰动及对其进行有效的补偿,取得了较好的力控制效果,进而通过力控制将液压缸等效为变刚度弹簧。建立液压柔顺驱动器中液压能、驱动器能量和热能三种能量的动态模型,并对简化运动过程中三种能量之间的转换规律进行分析。基于变刚度策略对运动过程进行了补充能量控制,提高了能量使用效率。不同负载质量和不同液压缸刚度情况下的水平方向运动试验结果验证了上述控制策略的有效性。     

机器人装配作业的主被动复合柔顺

提出一种称为“一维搜索”的机器人装配作业的主被动复合柔顺新策略,其核心内容是将主动搜索自由度降低到一维,同时最大限度地利用被动柔顺的简化手腕结构,降低控制系统的计算和搜索时间。根据这种策略,研制了一维搜索手腕并建立了实验系统,验证了一维搜索策略的可行性。     

基于主被动柔顺的机器人磨抛叶片平稳性分析

为实现叶片复杂曲面的机器人柔顺磨抛加工,提出一种用于机器人自动磨抛叶片的主动-被动结合的柔顺加工方法。在六维力传感器的机器人主动力控和气动浮动滑台装置的被动柔顺的基础上,对主被动柔顺特性和理论进行分析,采用非线性PD控制方式,建立MATLAB/ADAMS联合仿真平台,以叶片为对象完成系统建模与联合动力学仿真验证分析,开展机器人主动恒力控制和被动柔顺结合的机器人磨抛加工平稳性的研究,分析加工过程中被动柔顺位置、速度、加速度的变化状态。结果表明,采用主动-被动柔度加工方式,横向加工轨迹的被动柔顺位置变动量更小,速度和加速度被动调节变化更快,分别为60 mm/s和12 m/s²,加工过程中力学表现更为顺滑平稳,结果证明此主被动结合的柔顺磨抛叶片加工是可行的,也证明被动柔顺装置的有效性。     

基于足底力反馈的踝关节主被动康复策略

踝关节机能损伤人群数量增长与康复医师紧缺是现阶段面临的一个重要社会问题,为此,基于一款2-SPU/RR踝关节康复机器人提出一种主被动结合的辅助康复策略。首先建立虚拟样机模型和对应的结构简图,进行运动学分析,求解了机器人的工作空间,结果表明该机器人能够满足踝关节跖屈-背屈和内翻-外翻复合运动需求。然后针对目前康复机器人主要研究内容为被动康复问题,未能根据患者脚踝实际损伤情况进行康复,提出一种踝关节机器人主被动康复结合的方法。先预设康复运动轨迹,基于足底压力数据和力感知算法获得患者的运动意图,通过软硬件控制系统实现机器人主动跟随,同时将运动轨迹进行记录和数据化。最后对描迹轨迹进行优化,根据优化轨迹使用5段S型加减速控制方式进行定制化被动康复。主被动康复系统实现了机器人跟随控制与患者主动行为感知的结合,有助医师对踝关节机能损伤患者的诊断与治疗。     

基于ARM的足式施工运输机器人腿部柔顺控制平台系统开发与测试

为解决足式施工运输机器人腿部控制柔顺性的问题,将ARM技术应用到机器人腿部柔顺性测试平台的搭建中。文中对机器人控制算法的稳定性和鲁棒性进行了分析,并提出了机器人平台硬件构架的设计方案,建立机器人腿部柔顺性控制平台。在此平台上,对自适应控制算法的控制性能进行了测试,完成了机器人电流检测试验,以及存在力传感器干扰和期望脚力指令干扰情况下机器人脚力跟踪试验。试验结果表明,该ARM控制平台能准确地控制机器人腿部的行走,实时测量机器人在运动过程中脚力及电流变化情况,证明了该算法能够实现脚力跟随,保证了机器人行走的稳定性。     

基于半圆形柔顺腿的六足机器人研究

由于足式机器人具有适应复杂地形的应用潜力,近年来受到了国内外研究人员的广泛关注。首先,设计了Rhex机器人的本体结构,其突出特点是具有半圆形柔顺腿,该腿有一个关节,由一个直流电机驱动,结构简单,控制方便。其次,建立了Rhex的SLIP动力学模型,该模型将腿等效为弹簧倒立摆,通过规划髋关节的输出特性,驱动Rhex运动。最后,通过单腿跳跃仿真实验验证了SLIP动力学模型的正确性和有效性。     

一种改进的主/被动结合的力反馈技术

根据虚拟现实、遥操作机器人系统和远程外科手术等领域的需要,针对主、被动力反馈存在的问题,在现有的主/被动混合型力反馈实现方法的基础上,提出了一种改进的串联弹性元件的主/被动相结合的力反馈实现方法,自行研制了制动力矩可控的磁流变液制动器用于实现被动力反馈,给出了该制动器的设计原理,建立了动力学模型。利用研制出的磁流变液制动器,组建了简单的能够实现主/被动力反馈功能的实验系统,利用不同弹性系数的弹簧模拟不同的实验环境及极端情况,对实验系统进行了力跟踪实验,实验结果验证了所提方法的有效性。     

足式机器人液压系统发展现状

液压系统是液压足式机器人运动的核心。通过综述现有典型液压系统,发现其液压系统的优缺点,有助于之后开发新型液压系统,弥补现有液压系统不足。因此本文从提高液压系统能量利用率、提高机器人续航能力的角度对比分析各种典型液压系统,归纳现有模型的新型方法以及存在的问题,总结液压足式机器人液压系统的未来发展方向。最后以现有模型为基础,总结并探讨了机器人液压系统可借鉴的创新技术。     

基于液压驱动的足式机器人液压缸设计方法研究

足式机器人以其良好的地面适应能力吸引了众多学者研究。然而足式机器人的驱动方式不尽相同,液压驱动因其输出力大响应速度快逐渐成为足式机器人主要采用的驱动方式,因此液压系统驱动器的设计就显得十分关键。介绍了足式机器人液压缸驱动器设计方法。首先通过Adams建立机器人虚拟样机平台,并通过MATLAB搭建机器人控制系统,然后进行联合仿真实验,通过仿真实验得到液压缸设计参数。根据所得到的液压缸设计参数,经过公式计算得到液压缸结构设计参数,进而进行液压缸结构设计和伺服阀选型。最后对所设计的液压缸进行有限元分析,使其满足机器人工作要求。     

四足机器人单腿系统及其跳跃柔顺控制的研究

为了解决四足机器人运动过程中的着地冲击力问题,设计了 一种基于力的阻抗控制的柔顺控制方法.以四足机器人单腿系统的结构为基础,对其进行运动学分析,进一步求解其速度雅克比矩阵和力雅克比矩阵.将单腿系统简化为"质量-弹簧-阻尼"模型,分析研究单腿系统的跳跃运动特性并规划质心运动轨迹.基于阻抗控制的思想,设计了基于力阻抗控制方...     

基于李群李代数的主被动关节机器人动力学及控制

采用李群李代数符号描述了含主被动关节机器人的动力学分析和控制问题。首先用李群李代数描述了机器人的反向动力学,然后将牛顿-欧拉方法和铰接体惯量方法结合起来,给出了含主被动关节的机器人动力学解决方法。利用动力学方法得到的结果,采用计算力矩控制方法进行仿真,并与PID控制方法的仿真结果进行比较,验证了计算力矩方法的较好的性能特征。     

液压驱动单腿跳跃机器人柔顺着地分析与控制

为缓解液压驱动足式机器人动态步态行走时着地瞬间足端冲击对机器人系统及其运动控制的影响,提出了一种基于关节运动规划的机器人柔顺着地控制方法。以液压驱动单腿跳跃机器人为研究对象,分析机器人足端着地冲量,通过选择合适的机器人着地姿态和减小机器人着地前足端速度实现机器人柔顺着地,为此在空中相进行余弦速度曲线关节运动轨迹规划,以及着地相进行余弦函数关节运动轨迹规划。将该方法分别应用于基于MATLAB/Simulink软件建立的仿真模型和试验样机进行单腿竖直跳跃控制实验,仿真和试验结果显示采用该方法的机器人跳跃控制消除了足端着地瞬间地面作用力在膝关节液压缸无杆腔形成的液压冲击,实验结果表明提出的基于关节运动规划的机器人柔顺着地控制方法合理可行。     

一种被动柔顺控制的平面研磨力/位控制方法

针对平面研磨的加工特点和工艺要求,提出了一种基于被动柔顺控制的立式数控平面研磨机力/位控制方法。通过分析被动柔顺控制原理,建立了平面研磨加工的阻抗模型,进而得出能够使研磨加工处于动态平衡状态的工艺参数组,消除平面研磨中力与位的相互影响。试验结果表明该方法能够稳定控制研磨压力,定位精度良好,被加工件获得了较好的表面粗糙度,能够满足一般研磨的加工要求。与常用立式研磨机的控制方法相比,该方法能够在位置伺服状态下,避免使用专门的研磨压力控制设备,简化机床硬件和操作流程,提高加工效率,降低生产成本,具有良好的推广和应用前景。     

凸轮控制驱动式四足机器人控制系统设计

采用主从式控制模式,研究了凸轮控制驱动式四足机器人的控制系统.简要介绍了四足机器人的机械系统,包括行走系统和转弯系统,分析了凸轮控制驱动的参数原理.在此基础上,采用主从式控制方式,设计了四足机器人的控制系统.分别从控制函数原理、硬件结构和软件结构三方面,重点讨论了以8051单片机为控制器的行走机构和转向机构的控制系统设计.     

液压四足机器人足端的力预测控制与运动平稳性

针对液压四足机器人在坚硬路面行走时,足端位置易受刚性冲击,导致运动姿态平稳性差的问题,提出一种液压四足机器人足端力预测控制方法.在分析液压四足机器人结构的基础上,根据运动学与力学模型构建了液压伺服系统的力控制模型;采用改进自适应布谷鸟优化BP神经网络算法建立足端力预测控制模型,通过仿真对比分析验证了该算法的可行性.最后...