基于Webots仿真软件的仿生六足机器人机构设计与步态规划

仿真技术在机器人机构设计与运动分析的研究与应用中发挥着重要的作用,可提升机器人机构设计的质量和改善机器人的运动性能.在六足纲昆虫观测实验的基础上,模仿六足纲昆虫的躯体形态和结构特征,以蚂蚁爬行的三角步态为摹本,对仿生六足机器人进行了机构设计与步态规划,并在Webots移动机器人仿真软件的环境下完成了仿生六足机器人的实体造型,编制了相应的运动控制程序,且通过仿真实验验证了仿生六足机器人机构的合理性和运动的灵活性.     

高负载四足机器人的步态规划与控制

针对高负荷的四足机器人设计了位置控制器,实现了机器人在平坦地面上的稳定行走。使用的四足机器人为自主研发,该机器人设计有特殊的驱动系统和创新性的并联式腿结构,实现了机器人的高负载能力。利用Bezier曲线为机器人设计了足尖运动轨迹,提高了机器人的稳定性。仿真结果和实验验证了所设计控制器的有效性。     

液压四足机器人的仿生运动控制研究

动物的节律运动具有规则的运动形式和良好的稳定性、适应性,因此这种运动方式适合用于腿式机器人的运动控制.针对四足机器人难以协调控制的问题,通过对高等动物神经学理论和节律运动的研究、改进与仿真,设计了一种基于中枢模式发生器(CPG)的运动控制方法,并借助Matsuoka振荡神经元模型建立了完整的四足机器人坊生运动控制网络模型.以自激行为产生不同相位的节律运动信号并控制执行器进行相应的动作,实现了一系列典型的四足机器人运动步态和足端轨迹的生成与转化,有效地解决了机器人四足协调运动控制的难题,提高了机器人在复杂环境中的运动和适应能力.     

基于DRL和自由步态的六足机器人运动规划研究

为提高六足机器人在非结构环境下的通过率和运动性能,提出一种基于DRL和自由步态规划器的多接触运动规划算法。自由步态规划器获取目标状态下可达落足点从而输出最优步态序列;利用DRL训练得到六足机器人在随机生成的梅花桩环境中的质心运动策略。为了保证机器人在运动过程中相邻状态之间的可达性,利用状态转移可行性模型对状态转移可行性进行判定,实现六足机器人在不同宽度沟壑梅花桩环境下的落脚点规划。仿真与样机实验表明：多接触运动规划算法能够让机器人快速平稳地从起点到达目标区域,并自动调整步态模式以应对不同环境下随机分布的梅花桩。     

机器人系统计算机辅助示教仿真平台研究

首先提出了机器人计算机辅助试教系统的基本组成，接着探讨了Polyline型和Spline型两种轨迹的轨迹规划方法，并进一步讨论了末端件空间位姿矩阵的计算方法；给出了机器人关节运动量计算模型；最后列出了一个应用实例。     

基于安全性目标多足爬壁机器人足力优化分配

针对多足爬壁机器人高空作业时的安全性问题,引入安全系数概念,提出基于安全性多足爬壁机器人足力优化分配方法.在建立关节驱动力和足底接触力转换基础上,推导多足爬壁机器人的动力学模型,确定机器人运动学、动力学约束条件,用粒子群算法求解在能耗最优目标下安全系数与吸盘吸附力的关系.该方法有效减少优化变量数量,同时还反映了机器人安全系数与未知环境(主要指真空吸盘吸附力)的关系,提高了机器人的环境适应能力.最后通过实例验证了该方法的可行性与有效性.     

7-DOF核工业机器人的轨迹规划与仿真

为实现7-DOF核工业机器人在空间相贯焊缝探查作业过程中平稳、连续及控制的实时性，提出采用五次多项式函数进行轨迹插补，避免通过求解Jacobian逆矩阵实现从欧氏空间到关节空间轨迹规划结果的转换而涉及矩阵求逆等繁杂运算。该方法具有结构简单，运算量小，能够实时计算机器人运动的位移、速度与加速度，并生成运动轨迹。结合实际探查的空间相贯曲线，对各关节的运动轨迹进行了计算仿真，结果表明：该方法能够保证关节角度、角速度及角加速度的连续性，保证了机器人工作的平稳性，能够满足工作要求。     

采掘机器人作业过程的轨迹规划方法

以采掘机器人反铲装置为对象,对其作业过程的轨迹规划进行了研究,提出了基于驱动机构变量空间的轨迹规划方法,在自行设计研制的一个试验样机上进行了验证。与此同时,开发了一个三维动态仿真软件作为检验轨迹规划方法的并行手段。     

基于虚拟零力矩点FZMP的拟人机器人行走稳定性仿真

给出了一个考虑外界干扰的拟人机器人整体模型的稳定性分析。通过引入虚拟零力矩点(FZMP)概念,提出了受到干扰的情况下维持拟人机器人的行走稳定性仿真方法。给出了支撑多边形的计算机表达方法和失稳时旋转边界自动确定方法。为了在不同的情况下保持平衡,提出了包括步幅、手的支撑和身体重心调整三种新的控制措施。仿真实例表明所提出方法的正确可行性。     

助餐机器人轨迹规划研究

在真人使用一种助餐机器人样机进餐时餐勺位姿参数变化的基础上,用三次样条插值和三次多项式插值对机器人助餐全过程进行了轨迹规划。仿真证明规划的关节曲线光滑连续,保证机器人末端餐勺运动平稳、人性化,为机器人控制系统研究打下一定基础。     

基于模型预测控制的轮式移动机器人轨迹规划

针对轮式移动机器人(Wheeled Mobile Robot-WMR)自身欠驱动的特点,并考虑到实际工作时的各种约束和限制,提出了一种基于模型预测控制(Model Predictive Control -MPC)的多约束轨迹规划方法。可以对车体自身的运动学约束、物理约束以及避障等约束进行集中有效的处理,可以生成符合车体自身模型特点并满足各种约束的可行轨迹,充分保证了轮式移动机器人自主行驶的可行性,安全性,高效性。仿真结果充分验证了该方法的有效性。     

未知环境下非完整轮式移动机器人运动规划

将Bug算法与基于滚动窗口的路径规划相结合,提出改进的移动机器人路径规划方法.该方法无需计算障碍物的边线解析式,仅考虑必须的传感数据,从而提高了计算效率.根据建立的移动机器人通用动力学模型和无打滑非完整运动约束条件,采用非线性反馈线性化方法设计了轮式机器人的轨迹跟踪控制器.建模时直接以两驱动后轮的角速度为控制输入,降低了跟踪误差.同时考虑左右车轮的速度限制,以保证规划路径的平滑.最后,与Bug算法、势场算法和模糊控制算法进行对比实验,验证了该算法的有效性.     

机器鱼的运动仿真方法

采用轴变形方法模拟机器鱼的运动。根据用面元法计算的机器鱼水动力结果和垂直面内胸鳍的攻角与升力的关系,建立了机器鱼的运动模型,并采用轴变形方法模拟了机器鱼在水平面内的直航运动。根据仿真试验结果的误差可以认为,该方法实现的运动仿真与真实的鱼的运动基本一致,这对以后的工作有较大的指导意义。     

轮腿式机器人倾覆稳定性分析与仿真

在复杂的三维地形中,移动机器人的抗倾覆能力非常关键.针对非结构化环境对小型移动机器人的运动要求,设计了一种具有多驱动模式的轮腿式机器人.该机器人采用对称结构,有四个独立的运动单元,能够变化多种构型.采用动态能量稳定锥方法和倾覆稳定性指数对机器人的稳定性进行综合评价.分析了机器人变形过程中的稳定性变化,以及存在路面干扰和惯性力干扰时机器人六种典型能动构形的动态倾覆稳定性.仿真试验表明,该机器人的多种能动构型有利于提高其倾覆稳定性.     

基于自适应变结构控制的机器人系统仿真研究

针对机器人系统的参数与非参数不确定性，提出一种新颖的控制策略。将自适应滑模变结构理论应用于机器人轨线跟踪控制，鲁棒增益自适应调整，Lyapunov直接法分析证明系统可实现全局渐近稳定。在保持渐近稳定性的前提下，引入平滑饱和函数，有效改善控制的暂态品质和震颤现象。仿真结果表明系统估计参数收敛，并有较高的鲁棒性和精确性。     

移动机器人在线路径规划算法研究

主要讨论了不确定环境下移动机器人运动路径的在线规划算法。在此方法中 ,预定目标被定为吸引子 ,而障碍物被定为排斥子。这样 ,路径规划就转换为应用牛顿定理进行迭代计算。该算法简便 ,实时性强 ,能自动地适应工作环境中障碍物的位置变化和随机出现 ,使机器人准确避开障碍 ,安全到达目的地。实验结果表明 ,此算法效果良好。     

六足并联机构的动力学建模与仿真分析

实现六足并联机构高速,高加速运动控制的关键在于所建动力学模型的准确表达,适当简化以及实时计算速度的满足.在分析了液压六足并联机构组成的基础上,建立了包含执行元件控制特性的六足并联机构动力学模型.对所建模型进行逆动力学计算机仿真,根据大量仿真计算数据,综合分析了包含执行元件控制特性的逆动力学模型不同项的重要性.分析结果对简化动力学模型,提高在线计算效率,实现六足并联机构高速,高加速运动控制,具有一定的指导意义.