四足步行机器人中一种新型腿结构缓冲特性

四足步行机器人在高速步行时,地面对其产生了很大的冲击,引入弹性步行机构是减少冲击的关键．将一种新型弹性步行机构应用于四足步行机器人中,分析其工作原理,并研究其控制电路．进而以Ｐａｃｉｎｇ步态为例,对弹性步行机构的缓冲和储能功能进行了理论探讨和实验分析,并在对刚性腿和弹性腿对比研究的基础上,指出将弹性步行机构应用于四足步行机器人具有独特的优越性．     

载人步行椅机器人的自由度和腿机构上平台的布置方式分析

针对现存步行椅机器人功能单一、承载能力低、无法在复杂环境中工作等问题,提出了一种新型的载人并联腿步行椅机器人。这种机器人既可作为四足步行机器人,也可作为两足步行机器人使用。考虑步行机器人合并和转化的可实现性,分别选用6-UPS并联机构和(2-UPS+UP)S混联机构作为两足和四足时的腿机构。结合螺旋理论和自由度公式,求解了步行椅在不同运动方式下腿机构和机体机构的自由度,证明了所选腿机构满足步行椅的设计和行走要求。应用两足步行时腿机构的工作空间,对腿机构上平台在座椅上的对称布置方式进行了定量和定性分析,选出最优布置方式。通过对载人步行椅机器人自由度和腿机构上平台布置方式的分析,为步行椅机器人运动学、动力学研究奠定理论基础。     

仿猎豹四足机器人结构设计与分析

为满足四足机器人高速奔跑运动性能所要求的脊椎具有柔性和腿结构具有良好的缓冲性能要求,在仿猎豹四足机器人上设计了一种液压驱动的柔性脊椎和腿结构.该脊椎是变截面梁,中间有柔性.该腿结构有髋关节和膝关节,有3个自由度,髋关节有2个主动自由度,即侧摆自由度和俯仰自由度,膝关节具有被动的俯仰自由度.对该脊椎进行了力学分析,对该腿结构进行了刚度特性分析和运动学分析,并对机器人进行了Bound步态仿真.仿真结果表明,这种具有柔性脊椎和非线性刚度变化的腿结构的仿猎豹四足机器人,能够以Bound步态实现较快的稳定奔跑,且足端接触力较小,由此验证了柔性仿猎豹四足机器人脊椎和腿结构的设计是有效的.      

用多肢体化实现步行机器人的自位机能

实现自位功能是改良非结构环境下步行机器人运行性能和提高其自主行走能力的共性问题，本人多肢体化的角度对步行机器人的自位问题进行了探讨，阐述了具有自位能力的步行机器人的最少机身杆件数和机身杆件间的合理自由度配置方案，分析了机身杆件与腿机构协同工作时的自位行为过程，提出了一处具有自位机能的三肢体六足步行机器人模型。     

具有手脚融合功能的多足步行机器人结构设计

为了拓展多足步行机器人的应用,开发了具有手脚融合功能的模块化多足步行机器人.该机器人至少1支腿既可以行走又可以抓取物体,具有手脚融合功能.抓取物体时,利用3条腿支撑身体,具有手脚融合功能的腿作为能抓取物体的机械手,行走时该腿就执行脚的功能.机器人由机体模块、行走腿结构模块、手脚融合腿部结构模块、控制模块等组成.各模块之间方便联结与扩展.在物理样机上进行了相关试验,结果表明该机器人能够行走和抓取特定目标物,实现了手脚融合功能.     

两足步行机器人计算机控制系统设计方法的研究

以ＰＩＤ控制为基础，提出了一种适应于两足步行机器人计算机控制系统的设计方法，并对一些相关问题进行了讨论．本文提出的这种设计方法已被成功地应用于ＮＡＩＷＲ－１两足步行机器人．实践证明，它对控制两足步行机器人的稳定行走是有效和可行的．     

单曲轴六足直立式机器人的设计

根据三角形步态原理,以铜线为制作原料,采取单电机、单曲轴驱动和曲柄摇杆机构为传动系统的方法,设计开发了一种六足直立式步行机器人.该机器人的中间步行腿直接与曲柄铰接,由曲柄带动中间步行腿进行上下、前后摆动;后腿通过连杆与曲柄连接,同侧前腿通过连杆与后腿连接,实现前腿和后腿的前后摆动.机构设计巧妙、控制简单.行走试验表明,本机器人可以实现行走功能,是可以应用于娱乐、玩具领域的娱乐机器人.     

空间多关节六足步行机器人机构的轻便性分析

本文讨论了空间多关节六足步行机器人轻便性的评价指标.分析了步行机器人横向行走和纵向行走,驱动力矩按能量最优分配时,步行机腿上第一关节轴线的方向对步行机轻便性的影响.     

四足机器人气动人工肌肉驱动的仿生柔性机体动力学分析

基于四足生物动态步行时其柔性机体辅助腿机构的运动机理,设计了一种由气动人工肌肉、仿生脊柱、前机体和后机体组成的四足机器人仿生柔性机体.采用几何法分析仿生柔性机体运动学,建立四足机器人转向时仿生柔性机体弯曲角与气动人工肌肉长度变化间的关系,通过控制气动人工肌肉长度以控制机体弯曲.基于浮动坐标法和动量矩定理进行仿生柔性机体刚柔耦合动力学建模,对比分析了不同机体刚度下机体弯曲所需气动人工肌肉驱动力.设计仿生柔性机体弯曲控制实验系统,采用PID控制算法进行机体弯曲实验分析.四足机器人的仿生柔性机体分析,为提高其非结构化环境机动性奠定了基础.     

奔跑四足机器人腿结构设计与分析

针对四足机器人奔跑运动对腿结构高缓冲性能的要求,基于动物狗前腿的骨骼-肌肉生物力学特性,设计了一种奔跑四足机器人的腿结构.该腿结构有3个关节,具有3个自由度,髋关节、膝关节具有主动的俯仰自由度,踝关节具有被动的俯仰自由度.对该腿结构进行了动力学分析和刚度特性分析,并对机器人进行了bound步态的仿真.仿真结果表明,该腿结构能够实现四足机器人快速、稳定地奔跑,关节驱动力矩较小,验证了该腿结构实现四足机器人bound步态奔跑的可行性和合理性.     

液压足式机器人单腿变刚度控制弹跳研究

液压足式机器人由于其负载能力强,动态性能优越得到广泛的关注。针对液压足式机器人能量调节及其单腿弹跳运动控制问题,将液压足式机器人单腿等效为弹簧负载倒立摆（SLIP）模型,并提出了一种主动变刚度的控制策略,可以使液压足式机器人单腿在着地时刻进行能量调整,并使其达到期望的弹跳高度。实验结果表明,本文提出的控制方法可以实现液压足式机器人单腿稳定弹跳,并有效控制弹跳高度。      

Analysis on pivot turning of quadruped robot with bionic flexible body driven by the PAMs

The pivot turning function of quadruped bionic robots can improve their mobility in unstructured environment.A kind of bionic flexible body mechanism for quadruped robot was proposed in this paper,which is composed of one bionic spine and four pneumatic artificial muscles （PAMs）.The coordinated movement of the bionic flexible body and the leg mechanism can achieve pivot turning gait.First,the pivot turning gait planning of quadruped robot was analyzed,and the coordinated movement sequence chart of pivot turning was presented.Then the kinematics modeling of leg side swing and body bending for pivot turning was derived,which should meet the condition of the coordinated movement between bionic flexible body and leg mechanism.The PAM experiment was conducted to analyze its contraction characteristic.The study on pivot turning of the quadruped robot will lay a theoretical foundation for the further research on dynamic walking stability of the quadruped robot in unstructured environment.     

基于有限元的助力外骨骼机器人的模态和疲劳分析

根据双足助力外骨骼机器人的行走周期特征,建立有限元模态分析模型,用以模拟机器人的行走动态特征。在有限元结果中提取双足机器人的固有频率及振动特征,同时根据人体步态在行走的不同阶段,分析计算整体系统的放大系数,最终结合系统放大系数计算振荡状态下疲劳等效载荷,预估系统整体的疲劳寿命。根据分析结果,在双足机器人的腿部机构中添加增强部件可以提高助力机器人模拟人类腿部行走的稳定性。     

液压四足机器人新型腿结构设计与性能分析

为实现机器人的高负载、不平地面的高适应性运动要求,设计了一种新型的液压四足机器人腿结构。提出了腿模块机构,是带有平行四边形结构的四连杆腿模块机构,与传统的曲柄滑块四连杆机构进行了运动分析比较。基于MATLAB的SimMechanics软件模块,进行了仿真分析。结果表明带有平行四边形结构的四连杆腿模块机构具有较好的传动性能,该种腿结构的液压缸运动更为平稳,可确保机器人整体性能的优越性,为液压驱动的足式机器人腿结构设计提供新的设计途径。     

Dynamic stability of quadruped robot walking on slope with trot gait

The dynamic stability of a quadruped robot trotting on slope was analyzed.Compared with crawl gait, trot gait can improve walking speed of quadruped robots.When a quadruped robot trots, each leg is in the alternate state of swing phase or supporting phase, and two legs in the diagonal line are in the same phase.The feet in the supporting phase form a supporting region on the ground.When a quadruped robot walks on slope, the vertical distance from zero moment point ( ZMP) to the sup-porting diagonal line is defined as ZMP offset distance.Whether this distance is less than the maxi-mum offset distance or not, the stability of robot trotting on slope can be judged.The foot trajectory was planned with the sinusoidal function.Based on the kinematic analysis, the ZMP offset distance of quadruped robot under different slope angles, step length and step height was calculated, then the reasonable slope angle, step length and step height for quadruped robot trotting on slope to keep dy-namic stability can be determined.On the other hand, the posture angle of quadruped robot should be controlled within the desired range.Computer simulations were executed to verify the theoretical analysis.The study will provide reference for determining reasonable step parameters of the quadru-ped robot.     

基于空气弹簧非线性横向刚度的高速客车动力学仿真

运用非线性有限元分析技术，研究了由多层正交异性复合材料组成的高速客车空气弹簧的非线性横向刚度特性，分析考虑了大变形的几何非线性和胶囊与金属裙板形成的接触非线性，得到了空气弹簧横向刚度非线性特性较为精确的描述，基于这一横向刚度，对安装空气弹簧的高速客车转向架进行了非线性暂态曲线通过的动力学仿真，获得了较为精确的结果。     

4足机器人腿部机构运动学分析及步态规划

为提高足式机器人的承载能力与运行稳定性,提出了一种基于3UPR并联机构的4足机器人,并对其运动性能进行分析. 运用螺旋理论对该机构进行自由度分析,通过位置反解模型对机器人腿部机构进行运动学分析,得到驱动进给量和驱动速度. 通过ADAMS仿真与理论计算结果的数据对比,验证模型建立的正确性. 通过求解速度雅克比矩阵对机构进行奇异性分析. 根据单腿的运动轨迹,对机器人进行对角步态规划. 结果表明该机构具有X、Z方向转动和Y方向移动的3个自由度. 该机构不存在奇异位置,且具有良好的运动性能. 步态仿真结果表明,机器人可以在平地上实现平稳运动,前进速度达到135 mm/s.      

多足步行机附着性能及其与稳定性能的关系

本文分析了步行足的附着特性、步行机附着性能及与稳定性能的关系，所得结果有利于提高步行机的实际行走能力．