偏心轮腿六足机器人四足步态规划

提出了一种适用于偏心轮腿六足机器人的直行四足步态规划.以一个运动周期为例,分析了偏心轮腿六足机器人直行过程中5个阶段的运动状态,以及每个运动状态中偏心轮腿步态的参数变化并用状态矩阵加以描述.将该步态用于所设计的偏心轮腿六足机器人,在驱动电机的控制下,能保证机器人的直行前进.     

基于虚拟仿真的四足机器人步态分析

根据观察动物行走的特点,完成一种四足机器人的行走过程仿真分析。在三维软件Pro／E中建立四足机器人分析模型,导入仿真软件MSC．ADAMS中添加约束和动力,以一定形式的步态效果实现了四足机器人在平面上的行走过程,并以机器狗模型为例子分析了它的稳定性以及在行走过程中各部分动作产生的影响。     

四足机器人自由步态规划建模与算法实现

针对四足机器人的越障自由步态规划问题,提出了一种改进的离散化四足机器人步态规划模型,该模型可通过设置相关参数准确模拟实际物理模型,并且可以根据障碍物的分布密集程度改变候选落足点数以提高机器人对地形的适应能力;根据此模型建立了基于A*算法的步态规划算法,对步态序列进行稳定性检测和碰撞检测,并设计了以步数最少为目标的评价函数,以使规划的步态稳定、与障碍无碰撞且总步数最少。实验结果表明:该算法计算量小、规划时间短,规划一个20步的越障步态仅拓展了78个节点,用时0.019s;机器人以最少的步数安全地通过了给定的含障碍物的地形,从而验证了所提模型的有效性及算法的优越性,ADAMS和Simulink联合仿真进一步验证了所规划的自由步态是可行的。     

基于时序分析的四足机器人对称步态变换

提出了一种四足机器人一般步态的时序分析方法．该方法使用8个参数描述一般步态：步态周期、前双腿落地之间的滞后时间、后双腿落地之间的滞后时间、同侧双腿之间的滞后时间以及各条腿的负荷系数．运用该方法分析了常用对称步态,经过归一化处理后得到了一个跨步周期中各腿着地和抬起的时间序列．证明了匀速情况下具有等负荷系数的两种对称步态之间只需要一个步态周期就能够完成步态变换,从而得到变换步态中各腿着地和抬起的时间序列．计算实例表明了该方法适用于分析对称步态变换．     

仿生四足机器人对角步态规划及稳定性分析

本文以仿生四足机器人作为研究对象,为改善对角步态的稳定性,提出了通过改变对角步态中支撑足的初始位置来提高机器人运动稳定性的方法。通过支撑足位置参数n来改变其初始支撑位置,仿真表明:n从0开始递增直至0.3,稳定性逐渐提高;在 n=0.3附近翻转角达到最小,机身偏转最小,稳定性最好;n>0.3之后稳定性又逐渐减弱;此外在步态规划中研究发现以复合摆线作为足端轨迹相比于椭圆曲线更有利于机器人行走的稳定性。仿真与实验证明了该方法的准确性以及可行性。因此,通过调整支撑足的初始位置以及选择复合摆线作为足端轨迹能使机器人的稳定性有较大提高,为仿生四足机器人的对角快速稳定行走奠定基础。     

仿生甲虫六足机器人结构设计与步态分析

在分析仿生甲虫生物原型的特点及运动机能的基础上,进行了仿生甲虫六足机器人的结构设计与样机设计,运用机器人的结构仿生和功能仿生原理,基于甲虫原型设计了六足机器人,给出了每足3自由度的机器人结构。原型样机是以身体纵向中心线为对称的八边形设计,6条腿均布身体两侧,所有腿关节均由伺服电机驱动,关节间连接构件采用性能良好的合成塑料代替金属构件,设计从结构上保证了仿生机器人能够有效地模拟甲虫的运动能力。通过对仿生甲虫机器人三足运动步态,特别是直线行走步态和定点转弯步态的分析,给出了直行和转弯动作时6条腿的末端位置矢量表达式,利用SOLIDWORKS和ADAMS软件进行了机器人运动仿真,结果证明仿生甲虫机器人运动平稳,满足设计要求。     

基于深度仲裁策略的四足机器人步态学习

复现高等生物的学习过程是机器人研究的一个重要研究方向,研究人员已探索出一些常用的基于行动者评价器（actor critic,AC）网络的强化学习算法可以完成此任务,但是还存在一些不足.针对深度确定性策略梯度（deep deterministic policy gradient,DDPG）存在着Q值过估计导致恶化学习效果的问题,受到大脑前额叶皮质层仲裁机制的启发,提出了一种深度仲裁行动者评价器（deep arbitration actor critic,DAAC）算法,其中包含两套评价网络,通过仲裁机制进行择优选取评价网络去更新策略参数,有效解决了Q值过估计的问题,该算法使得四足机器人成功复现了仿生的步态学习过程.通过仿真实验,将DAAC算法与DDPG、软行动者评价器（soft actor critic,SAC）、近端策略优化(proximal policy optimization,PPO)三种算法进行了对比实验,实验证明经DAAC训练的四足机器人步态在奖励值、机体稳定性和速度三个方面都有更好的表现,有效验证了算法的优越性.     

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.     

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。      

提升四足机器人行走稳定性的对角步态规划方法

针对四足机器人在采用对角步态行走中容易失稳的问题,提出了通过改变对角步态中支撑足的初始位姿来改善并提升运动稳定性的方法.结合零力矩原理,找到四足机器人支撑足最佳初始膝关节转角θ₁和髋部前向关节转角θ₂,从而确定四足机器人支撑足的最佳初始位姿.仿真表明:四足机器人运动采用不同初始位姿时,运动过程中的稳定性不同.当取最佳初始位姿时,四足机器人的机身偏转量最小,稳定性最好.由此证明,通过调整支撑足的初始状态可以有效提高四足机器人在采用对角步态行走过程中的稳定性.      

自然地形下六足步行机器人基于落足点的位姿调整策略

以搭载双目视觉系统的六足步行机器人HITCR-II为研究对象,根据选取的落足点,设计了机器人兼顾运动效率和稳定性的位姿调整策略。通过足端轨迹规划和机器人逆运动学算法求得各个关节的运动轨迹,在Adams中对机器人在自然地形中行走过程进行了运动学仿真实验。实验结果表明,使用该位姿调整策略,能够使六足步行机器人HITCR-II实现在自然地形下的高效稳定地运动。     

基于力反馈-CPG模型的六足机器人控制器

六足机器人的多关节、高耦合、非线性的机械结构使其运动控制成为机器人研究领域一大难题。针对上述问题,本文在Matsuoka振荡器的基础上创新性提出带力反馈神经元的三神经元相互反馈的CPG模型作为六足机器人的运动控制器。在对六足机器人进行运动学建模、运动学分析等数学分析的基础上对三神经元CPG模型建模分析并得到振荡周期波形满足六足机器人节律运动的要求。对力反馈模型进行实物设计并建立对应反馈模型,根据反馈信息对六足机器人运动节律、关节信息等实时调节。最后通过仿真及实物实验证明该CPG模型能够满足维持六足机器人稳定运动的要求,在复杂未知环境中也能够保持机器人的稳定性与适应性,实现复杂环境下的自适应运动。     

机器人步态算法仿真研究

以仿人机器人双足步行为研究重点,实现了线性倒立摆步行规划和正逆运动学算法。推导出机器人机械结构对线性倒立摆步行参数的约束条件,并采用遗传算法探索参数空间以得到可行、稳定、快速的步行模式。最后,在该仿真平台上验证了步态生成算法的有效性。     

偏心轮六足机器人爬坡稳定性分析

研究了一种偏心轮构造的六足机器人,介绍了其基本的机械结构,并使用稳定锥方法对其建立了爬坡时的运动模型以及力学约束.设计了一种呈波浪形式的爬坡步态,对这种运动模式下的机器人最易倾翻的姿态进行了分析,结合其机械结构特征,使用稳定锥方法验证了机器人运行的稳定性,求出了机器人爬坡时的坡度临界角,并进行了仿真和实物实验验证.在采用此机械结构以及使用相应的爬坡步态的情况下,机器人能够有较好的爬坡表现,实验环境中测得机器人稳定爬坡角度最大可至33°左右.     

基于STM32单片机的六足巡检机器人设计研究

针对传统的巡检机器人运动局限在二维平面,不能从事复杂地形巡检工作的问题,系统采用了舵机控制的六足机器人的结构,并研究了STM32单片机控制六足机器人的方式,舵机控制器的控制调试原理、六足机器人的结构、硬件搭建和软件控制。为了让六足机器人具备避障、循迹、自动识物的功能,采用了超声波测距技术、蓝牙、WiFi无线传输技术、摄像头控制技术,并完成了相关的实验调试。调试结果表明：六足巡检机器人控制范围为40 m以上,超声波测距精度为3 mm,舵机的控制精度为0.24°,可以很好地完成避障、循迹等任务,具有稳定性高、适应性强等优点,在实际应用中取得很好的成效,有着广泛的发展前景。     

四足步行机器人动步态特征辨识算法

针对四足机器人行走动步态的研究，提出了一种基于神经网络中Ｋｏｈｏｎｅｎ自组织映射的聚类算法。该算法依据其特征对步态数据进行聚类，并利用求重心的方法，获取特征模型，大大简化了调试工作。     

面向崎岖地形的六足机器人运动能力分析

对机器人自身运动能力的把握是进行合理运动规划和控制的前提.针对面向崎岖地形应用的六足机器人的运动能力进行分析.首先,介绍了六足机器人平台及其系统设计;然后,分别对六足机器人腿部、由机器人躯干和各支撑腿构成的并联机构进行了运动学建模,并分析了它们的工作空间;最后,基于Adams和Matlab建立了含有梅花桩崎岖地形的六足机器人仿真平台,并进行了六足机器人运动仿真.结果表明:通过结合六足机器人自身运动能力和地形特征进行合理的运动规划,可有效提高六足机器人在崎岖地形下的运动能力.     

基于被动行走原理的双足机器人步态规划

为解决四连杆双足机器人的平面步态规划问题, 提出基于被动行走的平面步态规划。基于3毅向下坡面完全被动行走的动力学方程, 利用角度不变控制方法施加控制力矩, 得到机器人在水平面上的动力学模型。结合常数时间放缩方法对平面参考轨迹进行时间放缩, 得到机器人在水平面上步幅不变, 周期可变的行走步态。通过Matlab 软件数值仿真结果表明, 该研究方法是可行、有效的。     

电力铁塔攀爬机器人的步态分析

为了提高电力系统的自动化水平,减轻电力工人在检修高压输电系统时的劳动强度,同时保障其人身安全,提出并设计了一种可以攀爬电力铁塔的5自由度关节式机器人,给出了机器人的CAD模型,分析了其在铁塔两种位置攀爬过渡的能力.根据机器人机构特征,提出、分析和比较了蠕虫式和扭转式攀爬步态.蠕虫式攀爬步态即机器人本体的两连杆之间角度周期变化,两爪交替前进;扭转式攀爬步态即机器人本体不动,爪部回转关节旋转180°使得机器人整体扭转半周.在机械系统动力学仿真软件ADAMS环境下,对机器人采用这两种步态在铁塔主材表面、横担侧面和上表面3种方位攀爬情况进行了仿真,计算和分析了不同情况下机器人各关节转矩和系统能耗,得出最适合铁塔各种方位的攀爬步态:在横担上攀爬时应采用能耗较小的扭转式步态,但是在主材表面攀爬时两种步态能耗接近,需考虑障碍类型选取合适的步态.仿真结果为机器人的攀爬步态规划及控制策略提供了依据,同时样机试验结果也验证了两种攀爬步态的可行性.