可重构机器人树状拓扑结构

在可重构机器人的设计和应用中,需要对不同单元组合的拓扑结构进行研究和分析,为此提出了一种新的可重构机器人单元结构模型。在此基础上,研究了可重构机器人的非同构树状拓扑结构列举问题。通过规则层序列的递推算法得到所有单元组合的有根树状结构,再利用基本层序列的判断条件,直接从递推结果中选取非同构的自由树状拓扑结构,简化并改进了相应的列举算法。最后对非同构拓扑树的结构及其数目进行了仿真计算。结果表明,文中所述算法可以根据一组给定单元结点计算出所有的单元组合非同构树状拓扑结构。     

步行机相交面运动规划

针对步行机的一般结构特征,提出一种步行机在任意夹角相交面上的运动规划,对其在各种不同情况下的相应运动过程分别进行了分析。根据步行机车体姿态调整能力,以最大调整姿态角和最少相交面落足点变化为优化目标,建立了运动模型,同时确定出最佳初始状态。最后,对几种典型的相交面运动进行了仿真和实验,结果表明,步行机能够成功地实现在不同夹角相交面上的运动。应用该运动规划和优化算法,可以充分发挥步行机灵活的运动能力,大大简化其在相交面上的运动过程。     

基于生物中枢模式发生器原理的四足机器人

传统由人工规划产生的步态是比较僵硬的、缓慢的,缺乏灵活的自组织能力,与真正的动物步态存在很大差别.该文提出了机器人生物步态的概念.以生物的中枢模式发生器(central pattern generator, CPG)模型为核心建立四足机器人运动控制系统,建立CPG网络的权重矩阵与步态的对应关系.采用不同的权重矩阵得到四足机器人的典型步态.根据哺乳动物的肢体运动关系,建立机器人膝髋关节运动关系方程.通过仿真验证了基于生物CPG控制机理的机器人节律运动控制方法是有效的,机器人生物步态的实现是可能的.     

机器人辅助柔性针穿刺路径的悬臂梁预测模型

路径操控技术是机器人辅助柔性针穿刺的重要技术之一。软组织变形、多层软组织相对滑移和针挠曲是引起靶点位置移动,降低穿刺精度的3个主要原因。该文在研究针受力的基础上,利用柔性针挠曲规律提出了一种预测穿刺路径的悬臂梁模型,通过准静态过程将柔性针分为有限段并将每段都视为一个悬臂梁,从而建立起三维空间中针体路径预测算法。仿真实验表明,该模型能够实现柔性针路径预测功能,为机器人辅助柔性针穿刺路径规划和避障运动提供了理论基础。     

基于Petri网模型控制的步行机器人的自由步态

为解决步行机器人在复杂环境下的运动问题 ,根据步行运动的特点 ,提出了单腿运动的 Petri网控制模型 ,又以5足步行机为例 ,建立了与其腿数相对应的多腿协调控制模型 ,并制定了相应的控制策略。在此基础上 ,重新提出了有关步行机器人自由步态的有关概念及其运动规划算法 ,定义了保持静稳定行走状态的运动条件和判断方法。最后对 5足步行机在平面不连续落足区内的跨沟运动进行了仿真。仿真结果表明 ,提出的运动控制模型和自由步态能够自动适应运动环境 ,实现离散地形下的步行运动