基于CPG的仿海蟹机器人浮游步态生成方法

结合仿生游动机理,针对游泳桨推进仿海蟹机器人提出一种基于中枢模式发生器浮游步态生成方法.采用可独立控制频率、幅值、相位延迟和时间非对称系数的一类非线性振荡器作为节律信号发生器,通过最近相邻耦合的方式构建了仿生游动的链式中枢模式发生器(CPG)运动控制模型,并分析了振荡单元平衡点的性态,证明了振荡器极限环存在的唯一性和稳定性;在此基础上,引入三个顶层控制信号作为CPG网络的激励,分别用来控制机器人的游动速度、转艏速率和浮潜速率,实现了仿海蟹机器人的三维游动控制.实验结果显示样机具有一定稳定性和机动性,机器人的直线游动速度和转艏速度随着游速控制系数和转艏速率控制系数的增加而增大,最大直线游动速度可达0.41 BL/s,最大原地转艏速率可达1.7 rad/s.仿真及实验结果验证了此中枢模式发生器模型的可行性与所提控制方法的有效性.     

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.      

四足机器人的动力学分析与仿真

针对四足机器人的结构特点,利用拉格朗日法导出其简化结构多刚体系统的动力学方程烫组.同时利用ADAMS建立了四足机器人的虚拟样机,采用规划好的步态,对其进行动力学仿真.仿真结果验证了动力学数学建模的正确性及结构设计的可行性,为提升控制品质的后续研究工作提供有价值的数据信息.     

一种基于柔性腿部与主动腰部的仿猫四足机器人设计方法

目前大多数四足机器人以刚性腿部结构设计而成,部分机器人加入了单一自由度的腰部实现单方向的运动,但是总的来说都难以实现动物腿部肌肉、腰、脊椎关节的柔性运动。在四足动物中,猫拥有极强的运动灵活性。为更好地模拟猫的运动特性,参照猫的腿部骨骼结构和柔性组织,提出了一种具有柔性腿部和主动腰部的仿猫四足机器人设计方法。首先,从仿生学的角度研究猫的生理结构和运动方式,设计了包含弹簧-阻尼器系统四杆机构的柔性腿部,转动灵活且工作稳定的主动腰部和带有脊柱固定系统的前后躯干。同时,使用有限元分析工具对受力情况复杂的关键零件进行强度与刚度优化。之后,开发了运用新设计的仿猫四足机器人原型机,通过运动仿真软件配合原型机,进行了Trot步态行走、跳跃、落地缓冲和越障等实验。实验结果表明,相较传统的刚性腿部结构和单自由度腰部,应用该设计方法的四足机器人在运动性能方面有着显著优势,充分验证了其可行性与有效性。研究结果为四足机器人的设计提供了一种新的解决方案并给出了其理论依据和参考设计实例。     

气动柔性关节六足机器人步态设计与实验

设计三自由度气动柔性关节六足机器人直行、原地回转以及定半径回转运动过程的步态实现方法,搭建运动学实验平台,验证所设计步态的合理性,分析最佳运动性能参数.实验结果表明:机器人步态设计合理可行,在动作频率为2 Hz,负载500 g,直行气压0.20 MPa,单次转体回转角度15°,定半径50 mm转弯下,运动性能最佳.     

仿壁虎机器人足端三维力采集系统研究

在微重力环境下仿壁虎机器人在"着陆"到目标航天器表面时,将会受到较大的碰撞力,影响机器人稳定着陆粘附。针对以上问题,仿生设计了机器人的足端结构,在机器人足端装载三维力传感器;该力采集系统基于STM32和AD620芯片,设计了三维力采集系统硬件和软件;并对三维力传感器进行静态标定和解耦。实验开展了机器人脚掌的碰撞粘附力测试,达到了预期效果,能为实现微重力下仿壁虎机器人稳定粘附着陆,提供力反馈控制的硬件保障。     

仿生四足机器人嵌入式控制系统设计与实验分析

仿生设计一款小型的单腿具有四自由度的仿生四足机器人,开展机器人运动学正逆解分析。基于ARM Cortex-M3内核的嵌入式芯片建立了机器人控制系统。该控制系统以半双工串口通讯方式向各个关节数字舵机发送步态数据包,控制舵机转动角度值,从而精确地控制四足机器人的稳定协调运动。实验结果表明:机器人在行走过程中机身的横滚角、俯仰角、偏航角(RPY角)变化较小,运动较为平稳,验证了机器人运动学正逆解准确性;以及所设计的嵌入式控制系统能较为精确地控制四足机器人运动,实现稳定的四足行走。该小型的嵌入式控制系统具有运算处理速度快、外设可扩展性和存储能力强的优点,满足仿生四足机器人智能算法、低功耗运动要求。     

微型仿昆飞行机器人驻飞时动力学分析和仿真

针对微型仿昆飞行机器人,建立了一个机体模型和驻飞时的翅运动形式,分析了驻飞时翅运动所产生的气动力,导出了微型仿昆机器人驻飞时的动力学方程,并对该方程进行了仿真分析.仿真结果表明,在一个拍动周期内,微型仿昆飞行机器人在一个小范围内振动;当一个周期结束后,机体回到原位置,驻飞时机体处于一个动态稳定状态.     

基于力控制模式的四足仿生机器人的动力学仿真

针对四足仿生机器人,研究了基于力控制模式下的四足仿生机器人的动力学仿真实现方法.首先利用虚拟现实建模语言对四足仿生机器人进行仿真模型的建立和有关参数的定义;然后对四足仿生机器人按照空间向量代数建立运动学方程;接着,采用迭代牛顿-欧拉算法对四足仿生机器人进行逆动力学分析,以求得在力控制模式下的动力学仿真所需的各关节驱动扭矩,并建立了基于机器人中间件的动力学仿真系统.最后,通过四足仿生机器人在对角小跑步态下的动力学仿真实验,验证了该方法的有效性和实用性.     

仿人机器人的一种双向动力学建模方法

为了得到更精确的仿人机器人动力学模型,提出一种在仿人机器人关节处采用双向动力学建模的方法.考虑关节处两个不同传输方向的功率传输效率,根据地面约束力和关节力矩定义,将仿人机器人简化为五连杆结构,采用Lagrange方程建立仿人机器人的双向动力学模型.对双向动力学模型进行计算机仿真,并在小型仿人机器人SHR-6S平台上进行...     

机器人运动学分析实验教学方案研究

为在本科阶段开展机器人运动学分析研究,提出了运用机器人运动学基本知识,引入齐次坐标变换,推导出坐标变换方程;利用D-H参数法,进行机器人的位姿分析;介绍机器人正向和逆向运动学基础知识。制定了机器人运动学分析实验教学方案,经相关专业学生实践发现,该实验方案可行,能达到预期实验目的,学生能独立进行机器人运动学分析研究。     

液压足式机器人单腿等效模型的柔顺性弹跳研究

基于弹簧负载倒立摆的足式机器人单腿等效模型是移动机器人领域重要的步态分析模型. 液压足式机器人由于其超强的负载能力以及高动态性能而越来越受到重视. 液压驱动的弹簧负载倒立摆模型作为液压足式机器人关节型机械腿的单腿等效模型,对于液压足式机器人的步态研究具有重要的意义. 本文考虑液压驱动的弹簧负载倒立摆单腿等效模型的单自由度弹跳问题,提出了一种基于主动柔顺的弹跳控制方法,依次对单腿等效模型着地相下降阶段和着地相上升阶段进行独立控制,仿真分析了相关系统参数对弹跳性能的影响,实际弹跳实验表明本文提出的方法能够减小着地冲击力,同时能够对弹跳高度进行有效控制.      

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.     

基于分数阶的电动轮足式机器人腿部阻抗控制研究

为了减少机器人足端落地冲击力,提高机器人对复杂地形的适应能力,将基于位置的阻抗控制应用于电动轮足式机器人足式运动过程的柔顺性控制,提出具有分数阶结构形式的阻抗控制器以改善系统的接触性能.由于位置闭环的带宽会影响目标阻抗的实现,引入逆位置环补偿环节以提高系统的阻抗跟踪性能.仿真与实验结果表明,分数阶阻抗控制不仅能够实现足端与地面的稳定接触,而且相比于常规的二阶质量-阻尼-弹簧阻抗控制,能实现更好的接触过渡性能.      

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。      

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。     

基于Matlab的双足机器人单腿运动学仿真研究

摘要：双足机器人有良好的地面适应能力,它可以通过改变腿部结构来达到跨越不同的障碍物的,具有广阔的应用前景。针对双足机器人结构复杂,运动控制困难的特点,研究了其单腿的运动学模型并利用Matlab中的Simulink和 SimMechanics工具箱建立了单腿的可参数化的仿真模型,对腿部的运动情况和控制输入输出进行仿真,仿真结果表明腿部的结构参数能够实现预定的运动,为双足机器人腿部参数的优化和样机的研制提供了理论依据。     

超空泡航行器扩张尾裙流体动力特性试验研究

为了研究超空泡航行器扩张尾裙的流体动力特性,采用模块化设计方法设计了5种不同外形的扩张尾裙试验模型,并在11m/s恒定水洞水速下通过调节通气系统控制通气流量、改变模型气泡包层内压力和通气空化数,分别对系列不同结构参数的扩张尾裙模型进行了超空泡流体动力特性的比对试验研究。试验中分析了不同的通气量、半锥角(2°,4°,6°)和底面直径(Φ43 mm,Φ45mm,Φ47mm)的扩张尾裙对空泡尾部闭合流型的影响规律,讨论了沾湿面变化规律对航行器尾部流体动力特性的影响。结果表明,扩张尾裙的阻力系数、升力系数都随着半锥角(尾裙底径)的增大而增大,相对而言对阻力的变化更敏感,升力方向变化率较小。该结果对进一步深入开展头部空化器、尾裙控制面与推力矢量配合的流体动力布局设计提供了有力的技术支撑。     

四足仿生机器人单腿结构设计与仿真

借鉴四足哺乳动物腿部的解剖学成果,确定机器人仿生单腿的3自由度配置。通过对腿部的运动学分析,建立四足机器人单腿运动学方程,仿真分析了足端运动范围,验证腿部结构设计的合理性和有效性。     

基于Floyd算法的反恐防暴机器人腿部变形策略

反恐防暴机器人的腿部变形,能够改变机器人的运行姿态,适应不同的路况,完成跨越壕沟、翻越高墙等障碍物的任务;这就要求机器人能够准确、快速、平稳的变形到相应的姿态以适应不同的路况。通过Floyd算法实现了这一变形要求,Floyd算法是一种求解有向图中两个节点之间最短路径的算法。把机器人几种常用的姿态简化为有向图中的节点,用姿态变换过程中电机旋转角度和机器人重心偏移量来确定节点之间的连接权值。实验证明,Floyd算法能够快速找到两个姿态之间最短的变换路径,实现了机器人准确、快速、平稳的变形。