新技术形势下四足、双足机器人技术的变革

从科研思维、行为模式方面，论述四足、双足机器人国内发展现状，对比国内与波士顿动力公司间存在的差距。从科研范式的角度分析新技术推动下中国在四足、双足机器人换道超车的核心技术及发展方向，总结国内在电驱动关节及足式机器人控制方面所面临的机遇，提出基于AI驱动的足式机器人系统设计方法。     

特种机器人行业的新锐——四足仿生机器人

绪论 四足仿生机器人融合了机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科技术于一体,是机械化、信息化、智能化高度融合的典型机电产品,不仅可完成在危险和复杂地形下的侦察、搜索和救援等任务,还可安装多任务载荷以满足不同作业需求,具有机动灵活、生存力强、反应快捷、作业持久等特点.     

用于四足机器人的并联弹性腿足关节设计与优化

为了提升四足机器人腿足的运动性能，设计一种具有并联弹性驱动器(Parallel Elastic Actuator, PEA)的腿足关节，通过模仿四足动物的肌腱作用原理，将拉簧并联在小腿连杆和大腿连杆之间，在膝关节处实现了并联弹性驱动，具有尺寸小、质量和惯量低的特点。建立了PEA膝关节的动力学模型，并借助该模型，在预设跟踪任务轨迹下，综合考虑峰值力矩、峰值功率和能量利用率，对拉簧的刚度系数进行多目标优化，得到全局最优的拉簧刚度为5 510 N/m。为了对比本PEA关节与电机直驱关节的性能，从仿真和实验两个方面进行验证。利用Gazebo机器人仿真环境，使用带有刚度的滑动副来实现PEA拉簧的效果，通过物理引擎模拟获取关节电机的输出力矩、输出功率、机械能耗；搭建PEA膝关节实验平台开展样机实验，获取膝关节电机的电源输入参数，如输入电流、输入功率、电源能耗。实验结果表明：PEA对比电机直驱关节，在0.5～2.0 s的轨迹周期下，电机输出方面可以减少峰值力矩40%～79%、峰值功率52%～89%和机械能损耗40%～89%,电机输入方面可以减少峰值电流46%～77%、峰值电功率43%～76%和电能损...     

基于ZMP的四足仿生机器人反应式行为控制策略研究

针对四足机器人面向广域地形克服山地、砂石等障碍过程中会发生受力扰动造成失稳的问题,设计了一种基于零力矩点(Zero Moment Point,ZMP)稳定性判据的反应式行为控制策略.该控制策略采用基于非线性干扰观测器的滑模角度跟踪控制策略控制关节角,实现负载突变下四足机器人的机身姿态智能自适应稳定控制.Matlab和Adams仿真分析结果表明,该控制策略能够有效地提高四足仿生机器人对动态复杂地形及外界扰动的智能自适应能力.     

连续变刚度仿生驱动关节的设计与建模分析

机器人仿生关节刚度连续变化功能的设计与控制是柔性驱动技术的难点问题。提出一种可连续变刚度的仿生驱动关节，该关节采用变力臂方式实现从低刚度到高刚度的连续变化，仿生驱动关节主副电机功率比大、结构紧凑。为了分析该仿生驱动关节的弹性变形与负载之间的刚度变化关系，建立有负载条件下的静力学方程，通过数值计算模拟得到关节刚度与主副电机的角度关系，并对仿生驱动关节进行力矩跟踪、阶跃响应和刚度跟踪3种实验。实验结果表明，新设计的变刚度驱动关节在16 N·m的正弦输出力矩下，最大误差为1.23 N·m,方差为0.19 N·m,最大误差占总幅值的7.7%;在刚度跟踪为0.4～1.6 N·m/(°)范围内、输出扭转角为5°时，误差最大为0.09 N·m/(°),占总均值刚度的9.0%。