欠驱动跳跃机器人运动规划

通过对欠驱动跳跃机器人的动力学模型的分析,结合机器人的雅克比矩阵及主被动关节之间的动力耦合关系,推导出了欠驱动机器人的伪逆运动学方程,对运动轨迹的优化数学模型进行降阶处理,并进行了运动规划的仿真分析.仿真结果分析表明了该方法的正确性及有效性,该运动规划方法对其他跳跃机器人的运动规划及控制方法的研究具有一定的理论参考价值,同时,亦可推广至平面多自由度的欠驱动机器人轨迹规划的问题上.     

带被动踝关节的双足机器人动力学及步态研究

欠驱动双足步行机器人是仿人机器人领域研究的热点之一.针对带有被动踝关节的双足机器人,建立了五杆四驱动模型,对模型进行动力学分析.根据拉格朗日原理,建立机器人单足支撑动力学模型和基于碰撞的双足支撑动力学模型.建立完整的欠驱动双足步行机器人动力学模型.对机器人步态进行了规划.规划了欠驱动机器人的时不变步态;利用贝塞尔多项式拟合出虚拟约束的轨迹,给出了欠驱动机器人轨迹规划的算法;采用极限环方法,通过验证庞加莱回归映射不动点稳定性,验证了极限环的稳定性,从而验证了机器人步态的稳定性.     

多段连续结构手功能康复外骨骼运动规划与结构优化

针对现有康复机器人手指运动轨迹仿生度低、轨迹规划策略与正常人手指运动轨迹差异较大的问题,提出了基于Tau-jerk引导策略的手指运动轨迹规划方法。首先建立外骨骼机器人的运动学模型,并用ABAQUS进行运动学仿真,引入修正系数调整运动学模型;然后以jerk值为耦合对象,推导出内部Tau-jerk引导策略,引入最小做功和最小面积确定最优轨迹和最优多段连续结构;最后比较了Tau-jerk规划的运动轨迹与多项式插值方法规划的轨迹同真实人手运动轨迹的偏差。实验结果表明:采用Tau-jerk轨迹规划的外骨骼运动平均关节角度误差小于1.5°,且平均指尖轨迹误差小于1 mm;与3次多项式插值和3、4、5次多项式插值运动规划相比,Tau-jerk轨迹规划方法更符合人手指运动轨迹。     

面向给定轨迹的六足机器人多足协调控制

为准确跟随具有姿态信息的给定轨迹,充分发挥六足机器人运动潜能,从机器人单足运动学分析入手,基于足端轨迹的参数化处理,针对不同地形设计了抛物线和直线-抛物线两类参数化足端轨迹,以便通过参数调整快速规划满足不同需求的足端轨迹,实现摆动相足端在落足点间的高效转移.基于运动相对性将考虑姿态的机体运动规划等效转化为各支撑足独立的足端轨迹规划以简化时变并联机构的逆解求取问题,实现机体位姿的动态调整.在此基础上,解除机体与摆动相足端的运动耦合,提出了一种新的多足协调控制方法,并结合仿真实验对该方法的可行性进行了验证.仿真实验结果表明,本方法可高效协调各足跟随具有姿态信息的给定轨迹.     

液压四足机器人关键步态参数优化

针对四足液压仿生机器人walk步态中足端轨迹规划问题,提出了通过优化步高和步长这两个关键步态参数来提高机器人行走稳定性的方法。通过聚合交叉的方法进行实验设计,用速度和步长及仿真得到的评价函数值进行三维曲面拟合,用速度截取所拟合的曲面得到不同速度下的最优步长。较优的步高确定采用二分法。步高和步长的优化效果用评价函数和Adams仿真进行验证,其中评价函数的构造充分考虑了表征机器人机身姿态平稳性的多组参数;四足机器人行走的仿真实验表明使用所述方法优化后的步态参数进行足端轨迹规划,得到的机器人静步态具有优异的运动性能表现。      

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.     

基于SimMechanics的三自由度上肢康复机器人关节力矩的仿真计算

针对三自由度上肢康复机器人功能康复的动力学问题,基于康复机器人的运动学模型,建立了三自由度康复机器人的仿真模型。根据所规划轨迹,利用SimMechanics仿真计算得到了机器人驱动力矩,验证了所规划康复轨迹的可用性。     

基于DMPs的双机器人协同搬运轨迹的学习与泛化

针对双机器人协作系统执行具有强协调约束关系的仿人任务时,存在轨迹学习复杂、协调约束分析欠缺的问题,提出了基于动态运动基元（DMPs）的双机器人协同搬运轨迹学习及泛化方法。首先,从双机器人协同搬运任务出发,分析了双机器人协调约束关系,建立了双机器人运动约束模型。然后,将机器人运动轨迹解耦为位置轨迹和姿态轨迹,采用四元数实现姿态轨迹的无奇异描述,分别建立位置轨迹和姿态轨迹的动态运动基元模型,结合双机器人运动约束模型与动态运动基元模型,兼顾各自的任务要求和相对位姿约束,进而获得双机器人的运动轨迹。接着,开展了双机器人协同搬运轨迹的仿真与实验,结果表明：采用双机器人协同搬运轨迹的学习与泛化方法,当改变起、终点状态时,双机器人定姿态协同搬运的起、终点位置误差分别为0.029 2 mm和0.112 7 mm,变姿态协同搬运的起、终点位置误差分别为0.032 3 mm和0.113 1 mm,终点的四元数姿态偏差为0.001 4、0.002 7、0.001 8、0.003 0,表明该协同搬运轨迹的学习与泛化方法具有较高的运动控制精度,即使起、终点任务参数改变,泛化轨迹仍可保证目标的可达性,验证了提出的...     

欠驱动双足机器人稳定行走控制与策略

为了解决欠驱动双足机器人行走的控制问题,提出一种欠驱动平面双足机器人稳定步行控制方法和策略.首先,分析带有身体惯量的倒立摆模型的动力学特性,根据动力学模型和姿态信息,设计姿态稳定控制器,维持机器人身体姿态的稳定.然后,根据欠驱动量的动力学方程和行走速度反馈,设计行走速度稳定控制器.通过调整摆动腿步长的策略,实现速度稳定的连续行走.最后,在双足机器人上开展实验,验证了该控制方法和策略的有效性.     

基于ROS的工业机器人运动规划仿真及试验

针对工业机器人模型构建复杂、轨迹规划算法实现困难、功能单一等问题,采用开源机器人操作系统搭建机器人控制系统,并对机器人的运动规划进行仿真和试验验证.首先利用SolidWorks软件创建机器人的统一机器人描述格式模型,并对其进行Moveit!功能包的配置;然后进行机器人空间直线和空间圆弧的轨迹规划,依据ROS的开放式运动...     

Optimal motion planning of an underactuated spacecraft using wavelet approximate method

An optimal motion planning scheme using wavelet approximation is proposed for an underactuated spacecraft. The motion planning of an underactuated spacecraft can be formulated as an optimal control of a drift-free system. A cost functional is used to incorporate the control energy and the final state errors. The motion planning is to determine control inputs to minimize the cost functional. Using the method of wavelet, one can transform an infinite-dimensional optimal control problem to a finite-dimensional one and use Gauss-Newton algorithm to solve it for a feasible trajectory which satisfies nonholonomic constraints. The proposed scheme has been applied to a rigid spacecraft with two momentum wheels. The numerical simulation results indicate that optimal control with wavelet approximation is an effective approach to steering an underactuated spacecraft system from the initial configuration to the final configuration.     

基于虚拟模型的四足机器人控制策略

为提高四足机器人在对角小跑(Trot)步态下的行走稳定性,并减小控制策略的复杂程度,提出了一种基于虚拟模型的四足机器人控制策略;将四足机器人控制策略分为支撑相及机身运动控制、摆动腿相运动控制及足端轨迹规划三部分;在Trot步态下行走时支撑相中存在的前后对角支撑足,在分析四足机器人支撑足受力情况后,并添加相关的约束条件,实现了四足机器人足端力及力矩可控;并通过在四足机器人机身的质心位置添加相应的虚拟弹簧阻尼组件,实现了四足机器人姿态和高度控制;通过在摆动腿足端实际位置与环境之间添加虚拟的弹簧阻尼组件并结合足端轨迹规划实现了四足机器人柔顺行走以及足端轨迹跟踪精确性;通过Matlab和CoppeliaSim建立联合对比仿真验证了控制策略的有效性和优越性。     

基于时间缩放轨迹规划的水平3R欠驱动机械臂的滑模控制

本文以水平运动的3R欠驱动机械臂为研究对象,在关节空间研究其位置控制.本文详细介绍了时间缩放方法,并用该方法进行了运动规划.最后采用基于趋近律的滑模控制,以主动关节1、2与被动关节3之间的耦合关系为理论基础,实现对关节3的运动控制,使机械臂运动到要求位姿.文章还进行基于Matlab的数值仿真验证了方法的有效性.     

A control structure for the autonomous locomotion on rough terrain with a hexapod robot

A motion control structure used for autonomous walking on uneven terrain with a hexapod biomimetic robot is proposed based on function-behavior-integration.In the gait planning level, a set of local rules operating between adjacent legs were put forward and the theory of finite state machine was employed to model them; further, a distributed network of local rules was constructed to adaptively adjust the fluctuation of inter-leg phase sequence.While in the leg-end trajectory planning level, combined polynomial curve was adopted to generate foot trajectory, which could realize real-time control of robot posture and accommodation to terrain conditions.In the simulation experiments, adaptive regulation of inter-leg phase sequence, omnidirectional locomotion and ground accommodation were realized, moreover, statically stable free gait was obtained simultaneously, which provided hexapod robot with the capability of walking on slightly irregular terrain reliably and expeditiously.     

脚掌转动对腿型机器人起跳影响的研究

针对目前大多数带脚掌腿型跳跃机器人研究中未考虑脚掌围绕脚尖转动即脚掌欠驱动的现象,制作了一款带脚掌的腿型机器人,对脚掌转动与不转动2种情况进行对比研究。建立了机器人在2种情况下起跳时的动力学方程,研究了2种情况下的起跳约束。以电机能耗最小为优化目标,对2种情况起跳进行优化。使用实际模型数据分析,用MATLAB仿真了2种情况下在起跳时的时序图、总质心时序图、力矩曲线以及能耗值。仿真和实验结果表明,带脚掌的腿型机器人起跳时脚掌转动比脚掌不转动消耗的能量少,而且起跳角度范围也更宽。     

欠驱动机器人的最优轨道生成与实现

提出了一种基于学习的动力学前馈方法，解决了欠驱动系统由于系统不完全可控造成的反馈控制失效，运动轨道难以实现的问题。在此基础上提出了学习－优化交替式最优运动轨道生成方法。该方法将轨道优化与学习控制相结合，所生成轨道可以在欠驱动机器人上实际操作，对一台实际的欠驱动机器人实现了最优轨道生成，并进行了动作实验，取得了较好效果。     

新型智能挖掘机自动轨迹控制研究

为了使挖掘机能实现良好的轨迹规划与控制精度,具备良好的操作平稳性,建立了智能挖掘机工作装置运动学和动力学模型,并编制模型的Matlab程序,克服多变量、强耦合及负载扰动对于轨迹控制的影响,同时运用小脑模型神经网络(CMAC)的控制方法,逼近工作装置动力学模型,很好的解决自动轨迹控制的问题.结果表明,运用该控制方法得到了良好的控制效果,控制精度达到20mm之内,满足轨迹控制的要求,所以基于CMAC的控制策略方法可以实现对挖掘机实时准确的控制.     

鱼雷形水下机器人非线性航迹跟踪控制 

研究了欠驱动自主式水下机器人路径跟踪问题.在Serret Frenet移动坐标系下,基于虚拟目标机器人建立了路径跟踪误差动力学方程.在此基础上,结合水下机器人动力学方程,设计了基于Lyapunov稳定性理论和反步法技术的控制器.仿真结果表明,提出的非线性反馈控制律能够保证路径跟踪误差快速收敛到零,使机器人沿着参考路径航行.     

四足机器人斜坡运动的自适应控制算法

受到自然界中四足动物运动的启发,提出了一种四足机器人对角小跑步态下的坡面运动自适应控制算法.在机器人质心原有运动轨迹上加入横向和纵向偏移补偿量,并采用符号微分策略梯度法对质心偏移补偿量进行自动调整,以减少机体翻转力矩和对角足着地时间差,从而提高机器人运动稳定性.在Webots软件中建立了四足机器人的模型并进行仿真试验,仿真结果表明所提出的算法能够有效提高四足机器人坡面运动的稳定性.      

基于卡尔曼滤波的迭代学习控制方法研究

针对一类非线性欠驱动机械系统在干扰环境下动态性能变差的问题，提出了一种基于卡尔曼滤波器的遗忘因子型迭代学习控制律，以实现闭环系统的稳定控制和干扰抑制。首先，将卡尔曼滤波器作为系统的状态观测器，在含有随机噪声干扰的情况下，估计系统的最优状态；其次,通过设置自适应遗忘因子来动态适应迭代学习过程中的误差变化，使系统快速收敛并准确跟踪参考轨迹，实现运动过程中重复干扰信号的抑制；最后，以Quanser公司生产的柔性尺为实验平台来研究非线性欠驱动被控对象实际系统的控制方法，并对所提方法分别进行理论数值仿真与实物实验验证。仿真及实物实验结果表明，本文提出的控制方法可以保证被控系统稳定运行，当环境中存在随机非重复性噪声或重复性干扰时，被控系统都可以保持良好的鲁棒性。