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Bezier曲线的四足机器人Trot步态优化

为实现四足机器人的稳定行走,需要对其足端轨迹进行合理规划。首先,以Bezier曲线为基础,规划四足机器人的足端轨迹,并依据足端轨迹约束条件对足端轨迹进行优化;其次,通过多组对比实验确定出最优的一组控制点坐标,设计四足机器人的足端轨迹,并找到最佳的步长和抬腿高度组合;最后,基于Matlab/Simulink搭建仿真平台进行仿真实验,与应用复合摆线规划的足端轨迹在足端落地时的冲击力、质心的波动范围、机体的偏航距离、前进距离4个方面进行比较,分析四足机器人的稳定性。仿真结果表明：采用Bezier曲线规划的足端轨迹,提高了机器人运动的稳定性。     

改进适应度函数的CMA-ES算法在机器人逆运动学中的应用

针对机器人的逆运动学多解问题,本文利用"最佳柔顺性"规则,对适应度函数进行改进,提出了一种自适应协方差矩阵进化策略(CMA-ES)算法求逆运动学解的新方法.在原算法的基础上,将机器人各关节运动范围作为约束条件,在工作空间中获得唯一且平稳光滑的路径.以REBot-V-6R-6500型6自由度机器人为研究算例,结果表明:在...     

基于CPG的四足机器人稳定性优化及偏航补偿

针对处于步态摆动相时四足机器人重心偏移而引起得的机体偏航,以及严重情况下俯仰角过大引起的机身不稳定的问题,提出一种基于智能优化和自适应补偿结合的解决方案。首先,基于Hopf振荡器与相应足间运动关节相位耦合并引入运动控制参数,建立中枢模式发生器(central pattern generator, CPG)的网络运动模型;然后,提出一种改进的自适应调整权重的麻雀搜索算法(Adaptive Weight SSA),并用该算法通过迭代寻找输出步态信号最优参数组合,降低重心偏移产生的机体俯仰角与偏航值。最后,在改进麻雀搜索算法优化后四足机器人稳定性提升,使用最小二乘法得出偏航函数模型预测实时的偏航增长量,并使用偏航补偿函数控制CPG模型所需关节转动补偿偏航量。本文在Python环境下的Pybullet虚拟仿真平台上进行仿真实验。经四足机器人运动仿真结果证明了提出的方法的有效性和合理性。四足机器人通过偏航补偿控制函数解决了偏航问题,所提算法寻优提高了行走稳定性。     

改进混沌麻雀搜索算法及其在冗余机械臂逆运动学求解中的应用

针对冗余机械臂不满足Pieper准则，无法获得逆运动学封闭解的问题，提出一种自适应混沌麻雀搜索算法（ACSSA）。首先，利用佳点集均匀分布特性生成初始化种群；其次，引入自适应动态权重，用于平衡全局和局部搜索能力，提高种群多样性，改善陷入局部最优的问题；最后，引入高斯变异，加强局部搜索能力，同时产生Tent混沌序列，防止陷入局部最优。将ACSSA应用到冗余机械臂逆向运动学求解中，分别对空间点到点运动和空间连续轨迹跟踪两种工况进行仿真，并与CSSA和SSA进行对比。结果表明：在第一种工况下，ACSSA在收敛精度上提高了2个数量级，在算法稳定性上比CSSA、SSA分别高出2、3个数量级；第二种工况下，在计算值与理论值的绝对误差精度和稳定性这两个评定指标上，ACSSA较CSSA提高了1个数量级，较SSA提高了6个数量级。充分说明了ACSSA具有精度高、收敛速度快的特性。