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.     

基于阻抗和虚拟模型的四足机器人控制方法

为提高四足机器人的运动稳定性,提出基于阻抗和虚拟模型的控制方法。采用基于力的阻抗控制方法进行腿部摆动相的控制,实现摆动相较为精准的轨迹跟踪以及腿部的柔顺控制;采用虚拟模型控制方法进行支撑相的控制,实现对机器人机身姿态的控制,实现了四足机器人的稳定行走。结合横向跨步策略以及虚拟模型的偏航角控制策略,提出机器人抗侧向冲击控制方法,保证了四足机器人受侧向冲击后能够保持平衡并恢复运动状态。仿真结果验证了所提出的控制方法的有效性。     

仿生六足机器人稳定性的仿生实验研究

阐述了六足机器人稳定性研究对于机器人稳定性、足端轨迹规划以及脚力分配等方面的影响,从对蚂蚁的观察实验出发,重点分析蚂蚁在水平面上直线前进和转向运动的稳定性问题,总结归纳了一系列规律用于指导仿生机器人开发.同时借鉴蚂蚁仿生规律,指出了通常六足机器人在稳定性方面的缺点,提出了提升机器人稳定性的简单有效的办法,并展望了更进一步提升机器人稳定性和运动性能的设计趋势.     

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。     

机器人关节变量的多微机并行算法

本文对机器人控制器运动学求逆运动学关节角的运算进行了并行算法研究,并在共享存储器结构的三台及四台Z80-Ⅱ型单板机构成的多机系统上实现了这一算法。这一研究目的是为了分析在机器人控制器的大量计算中如何提高运算速度及并行效率。实验表明该方法对解机器人某些问题是可行的,采用本算法无论在速度还是在效率上都较其它算法占优势。     

基于RBF网络的机械人鲁棒自适应控制与仿真分析

针对电机驱动机器人模型,设计了一种鲁棒自适应控制器.首先用动态RBF神经网络逼近机器人动态模型,然后设计了一个带积分器的滤波器,由滤波器系统推导出所需的理想输入电流,再以理想输入电流为目标设计电机控制器并得到最终控制律.基于Lyapunov稳定理论分析了鲁棒自适应控制器的稳定性,给出了稳定性充分条件.实例仿真结果表明,合理的选择控制器参数可使系统具有良好的动态特性和鲁棒稳定性.     

基于全息地图的机器人与操作手同步路径规划

针对机器人行走路径规划与机械手操作路径规划之间缺乏同步性,提出了一种机器人与机械手同步路径规划方法,使机器人在路径规划时不仅可以实现行走路径规划,还实现了对操作路径的规划。首先,借鉴人对空间规划的思想,设计了实现机器人与机械手同步规划的总体思路,并且给出了其涉及的两个新概念,分别为物品点和二维物品操作点;其次,设定了同步规划模型,利用转换矩阵将其同化为机器人路径点模型;最后,将机器人路径点模型分裂为二维行走路径规划模型和三维路径规划模型,并据此同步的规划行走路径和操作路径。在家庭环境下,家庭服务机器人基于全息地图利用该方法实现了机器人行走与机械手操作之间的同步性,同时也可以生成合理的行走路径和操作路径。     

5连杆双足机器人建模和控制系统仿真

步行机器人作为一种载运工具适应地况能力强,结构复杂,运动控制难.实现类人型机器人动态行走,必须对机器人进行动力学建模、步态设计和稳定姿态控制算法设计.研究了一种5连杆双足机器人的动力学建模和控制系统仿真方法.建立两足步行机器人腿的可参数化仿真模型,对5平面双足机器人的运动情况和控制输入输出进行仿真,得出试验结果.并对影响步行机器人稳定性能的参数进行分析,为后面机器人样机的研制提供理论及数据依据.     

基于Matlab的双足机器人动力学仿真及仿生控制平台

针对仿生控制的特点,构建了一种Matlab环境下的双足机器人动力学仿真及仿生控制平台。为了充分利用关节自身的被动特性,描述了由非外界约束引起的自由度变化,以及双足机器人在运动相态间的合理切换。同时,考虑到碰撞是机器人运动的固有特性,建立了包括碰撞在内的混合动力学模型,最终实现控制器与机器人、环境的耦合。在此平台上,对设计的仿生控制算法进行了仿真：借助机器人自身运动状态和环境交互信息,协调各个关节的动作时序,实现了低能耗的稳定行走。结果表明,该平台为双足机器人仿生控制及其运动特性分析提供了有效的仿真手段。     

基于动力学系统的非完整移动机器人的跟踪控制

为解决具有两个驱动轮的受非完整约束移动机器人的轨迹跟踪问题,文章从机器人的动力学和运动学模型出发,设计出一种结构简单的控制器,该控制器利用单神经元网络的自学习和自适应能力,来克服未建模的系统扰动,并用Lyapunov函数对所设计的控制器进行了稳定性分析。最后仿真结果验证了所设计的控制器的有效性。     

血管主从介入手术导管机器人三维模糊控制

在微创血管介入手术中,当从端导管机器人输送导管时,导管易受到患者心跳、呼吸等不确定因素的影响.为了能抑制这些因素对输送导管造成的影响,实现导管机器人系统从手端精确快速地跟踪主手端的控制指令,建立了导管远端弯曲段的运动学模型,设计了基于三维模糊控制器的导管机器人系统.三维模糊控制器是在二维模糊控制器的基础上引入了导管位置误差变化的速率的作用,能进一步提高系统响应速度、降低超调、抑制干扰.仿真结果表明,此控制方案使导管机器人系统具有快速的跟踪性能和较强的鲁棒性能,进而提高了系统的控制精度.     

空间绳系机器人释放动力学与控制仿真研究

空间绳系机器人作为一种新型空间飞行器,为近距离目标捕获提供了一种全新的捕获方式。作为关键技术之一的空间绳系机器人释放动力学与控制目前尚未引起广泛关注。通过建立空间绳系机器人释放动力学模型,研究了绳系机器人稳定释放的控制技术。对非线性释放动力学模型全局反馈线性化,设计了绳系机器人释放的主动学习控制器,控制器根据规则在线学习自整定控制器参数,使绳系机器人沿切向稳定快速释放,解决了绳系机器人沿切向释放不稳定的问题。机器人作为一个独立的控制系统,可完成沿任意方向的释放。数字仿真验证了机器人能够满足释放过程中对主动控制律的要求,说明稳定释放控制策略的有效性。     

不确定非完整移动机器人的自适应模糊控制

为解决具有两个驱动轮的受非完整约束移动机器人的轨迹跟踪问题,首先针对系统的运动学模型,设计了一个运动学控制器;然后,基于系统的动力学模型和运动学控制器,设计了一个自适应模糊控制器,该控制器能有效地克服机器人模型参数未知和扰I动的影响,并利用Lyapunov稳定性理论证明了系统的稳定性且跟踪误差收敛.仿真结果表明文章所设计的控制器具有良好的控制效果.     

一种位-姿交替控制的机器人路径跟踪方法

建立了非完整移动机器人的离散化运动学模型。根据机器人位姿定位问题的描述,设计了基于人工驾驶思想的路径跟踪模糊控制器。针对机器人相对于位姿目标点的方向误差和姿态误差之间的耦合矛盾,提出一种位-姿交替控制的路径跟踪方法。当存在较大位置误差时进行位置控制以实现快速跟踪,当位置误差较小时进行姿态控制,两者根据误差的大小交替进行。仿真结果表明了该模糊控制器的有效性和对路径跟踪的快速性。     

基于耦合自抗扰控制器的无标定手眼协调

研究机械臂在手眼关系未知情况下依靠视觉信息引导完成精确定位及跟踪问题。基于耦合自抗扰控制器原理,设计了不依赖于特定任务的广泛意义下的手眼协调控制器。通过将全局固定眼和局部手上眼相结合,实现了整个机器人操作空间范围内的精确定位与跟踪。仿真和实验验证了这一方法的可行性和有效性。     

基于模糊逻辑的多连杆柔性机器人连续滑动模控制

采用滑动模控制原理,设计了一个基于模糊逻辑的连续滑动模控制器,对多连杆柔性机器人控制进行抛物线轨迹跟踪控制,并采用ＰＩＤ方法,使得系统镇定,仿真结果表明,本文设计的控制器对输入干扰及柔性机器人模型的不确定性及负载的变化都有良好的鲁棒性,并且良好的动态特性,克服了滑动模控制器所固有的抖动问题。     

基于LPV模型的水面机器人鲁棒航向控制

针对水面机器人水动力学的强非线性,且容易受到风、浪与水流干扰的影响,提出了一种基于LPV(Linear Parameter Varying)模型的H_∞鲁棒航向保持控制器。LPV模型采用Froude数作为线性变参,用来反映水面机器人水动力学随Froude数变化的非线性特性,同时简化模型参数辨识与控制器设计。将Froude数作为调度变量,采用介实引理设计了H_∞鲁棒航向保持控制器,用来抑制扰动对控制器的影响。在三自由度欠驱动水面机器人仿真平台上进行了验证,证明了控制器的有效性与鲁棒性。     

AUV近水面运动的积分变结构控制及仿真

智能水下机器人(AUV)在近水面的运动中,由于波浪干扰力的作用,运动状态会发生明显变化,其近水面的定深控制是比较困难的。本文设计了一个积分变结构控制器,对智能水下机器人进行了近水面运动仿真,有效的防止了水下机器人近水面波浪干扰作用下的埋首上浮现象。首先建立了水下机器人的水动力模型,进行了波浪干扰力的计算,在此基础上给出了水下机器人变结构控制器的设计过程,针对非积分变结构控制器中出现的稳态误差加入积分项,通过仿真对比验证了积分项的加入很好的抑制住了稳态误差且响应速度快、有较好的抗波浪干扰能力。     

基于OpenGL的仿人机器人步行仿真研究

已有的仿真建模中,为了减少复杂性,大多将人足模型简化为点或圆弧,这与实际情况相差较远.在C++Builder 6.0环境下利用“Open GL”图形库建立了3D仿人型机器人双足步行仿真系统,用多关节串联机构模拟足部,实现包括由前脚掌支撑、足部转动的多种步态方式,并分析步行中各种步态间的转换,根据机器人脚跟、脚尖与地面接触状态的变化动态切换不同的步态方式,符合人足步行的实际情况,增强了机器人步行的灵活性与拟人性.该系统的控制部分采用位置反馈与正弦驱动相结合的行走控制方法,通过对人足模型的多关节动力学建模,有效地实现了机器人的稳定步行仿真,并实现了步行过程中的实时步态调整.