足式机器人运动仿真研究

四足机器人因其足端离散性和可控性逐步成为各领域的研究热点.在农用机械方面,四足机器人可承担运输工作,但农田多为非结构地面,机器人适应性不强,本文针对四足机器人运动时由于地面不平而导致的机身倾覆问题,构建了一种位姿算法,用以调整四足机器人运动时机身位姿,使其能在不平整地面平稳行走.首先,建立四足机器人逆运动学模型,为各腿...     

四自由度机械臂运动仿真研究

六足机器人作为人工智能研究领域中的热点方向,尽管目前已经取得了非常瞩目的科研成果,但是大多数六足机器人还是只能在平坦路面上行走,对非结构化地形的适应性不强,国内研究机构越来越聚焦多足机器人在非结构化地形中行走性能的相关研究。多足机器人实质上是多个机械臂构成的并联机构,基于模块化研究的思想,先以机器人单腿切入研究。笔者以四自由度机械臂为研究对象,对机械臂进行建模,并求出其正逆解,在此基础上进行轨迹规划和ADAMS联合仿真。仿真结果表明:机器人在运动过程中所受到的足端力过大,关节转角符合预期,初步建立了机械臂和外界环境的交互模型,为下一步的自适应力控制仿真奠定基础,最终实现六足机器人整机的协调运动。     

基于五次多项式的四足机器人轨迹规划

为达到四足机器人在地面上稳定、连续行走,不出现打滑、侧翻等现象的目的,提出一种基于walk静步态的五次多项式足端轨迹规划方法。首先利用D-H坐标法推导四足机器人单腿的运动学方程,由运动学逆解得到四足机器人足端轨迹和关节角之间的关系。将水平和竖直方向的约束方程代入五次多项式,分别求出支撑相和摆动相的足端轨迹方程。最后通过将轨迹方程代入MATLAB和ADAMS中进行仿真验证,实验结果验证了该轨迹规划方法的正确性。     

基于最小二乘法的四足机器人地形估计

四足机器人已经成为仿生机器人研究领域中最大的热点之一。但是目前由于技术手段有限,已经研制开发的四足机器人多数只能完成较为简单的行走、小跑等运动形式,且主要是在水平规则的地面环境中。为了考虑到四足机器人在斜坡地面上的稳定运动,本文提出了一种基于最小二乘法估计斜坡地形为一个三维空间平面的方法,该方法只利用了姿态传感器和四个最新的落地点位置,即可将地形信息求解出来。最后展示了对四足机器人进行的仿真实验,实验表明该方法具有较好的估计效果,能够提升四足机器人对未知环境的适应能力。     

基于模型的四足机器人步态转换控制研究

为了解决基于模型的控制方法在四足机器人步态转换过程中稳定控制问题,本文在仿生学和机构学基础上设计了一款四足机器人样机平台,并推导了机器人单腿运动学模型。在足端可达工作空间内规划了机器人抬腿高度和迈步步长,利用理想的复合摆线轨迹,通过合理控制步态周期,提出了一种过渡段变周期控制方法,实现了步态转换前后定速度控制和变步长控制,保证了步态转换前后速度不变或可变。为了验证所提算法的正确性和稳定性,分别开展了单腿足端轨迹实验和整机步态转换实验。在完成整机运动控制的基础上,对比了基于模型的控制方式和基于中枢模式发生器的控制方式在四足机器人步态转换过程的应用。仿真和实验结果表明,在基于模型的控制算法下,四足机器人可以实现步态的平滑转换,且速度能伴随步长和周期的变化实现调节,满足了不同速度下的行走要求,为四足机器的运动控制提供了参考。     

基于速度逆运动学的六足步行机器人位姿闭环控制

六足步行机器人位姿控制系统是强耦合冗余非线性系统,对单腿速度逆运动学进行研究,建立六足步行机器人速度逆运动学模型,对六足步行机器人位置和姿态进行解耦控制。对机器人位置和姿态采用比例控制策略,建立机器人位置控制闭环和姿态控制闭环实现六足步行机器人位姿闭环控制。基于六足步行机器人平台,由MATLAB和ADAMS建立六足步行机器人仿真模型,并对六足步行机器人位姿闭环控制进行联合仿真,仿真结果验证了六足步行机器人位姿闭环控制方法的正确性。     

基于Adams的四足机器人的设计

四足机器人由于灵活稳定,能够进行复杂控制,能适应各种不同的复杂环境。一直以来,四足机器人的研究都是足式机器人的研究重点。为提高机器人的运动速度,本文通过对足式机器人采用了如下改进:1)设计一种新型的机械结构,将电机安装在机器人躯干部位;2)设计改良了足端布置,缓解了机器人高速运动时的刚性冲击;3)通过仿真验证了方案的合理性。     

多足机器人单腿运动学分析

多足机器人因其腿部具有多自由度、运动灵活等特点,因此对机械腿的研究就显得十分重要。笔者以多足机器人的串联三自由度机械腿为研究对象,从几何角度分析并研究其运动性能,而暂不考虑产生这些运动所需的力或力矩的作用。并且多足机器人每条机械腿的结构都相同,所以在对其进行运动学分析的过程中,以单腿的运动学作为研究基础。本研究将对腿部连杆结构建立D-H模型,求解两连杆坐标系间的变换矩阵,然后再求机械腿运动学的正解和逆解。采用Matlab Robotic Toolbox建立仿真模型进行验证,并运用蒙特卡洛数值分析法对足端工作空间进行仿真分析。     

四足机器人静步态轨迹规划与仿真分析

以四足机器人为研究对象,针对四足机器人在正常行进过程稳定性不高的问题,提出一种基于重心移动的间歇性walk步态规划。利用SolidWorks建立四足机器人的三维建模。首先利用D-H算法推导出单腿的运动学方程,然后借助MATLAB采用摆线曲线进行轨迹规划。同时,利用五次多项式曲线借助MATLAB、ADAMS搭建联合仿真平台,采用联合仿真的方法,通过不断调整轨迹参数,实现了该机器人稳定的静步态行走,验证该结构的合理性以及轨迹算法的稳定性。     

仿生四足机器人自适应粒子群优化控制

针对仿生四足机器人液压伺服驱动所带来的非线性和参数时变性等问题,有效抑制基于位置内环PID控制液压伺服系统过程中产生的高频振动对仿生四足机器人稳态行走的影响,采用自适应粒子群(PSO)算法优化位置内环PID控制的仿生四足机器人液压伺服系统。该方法能让PID控制器快速通过粒子种群的随机搜索和全局通讯来寻找最优解作为仿生四足机器人实时控制中的PID控制参数,优化液压伺服系统的传动性能。在分析仿生四足机器人结构和液压驱动模型的基础上,建立了液压伺服系统仿真模型。通过Mat Lab/Simulink软件对所建立的模型作为目标函数进行了正弦响应跟踪仿真试验,并在所设计的仿生四足机器人试验样机上进行了对角步态行走测试。实验结果表明:与传统的PID控制器相比,采用自适应粒子群(PSO)算法优化PID控制的液压伺服系统,具有更好的动态响应和鲁棒性,能够有效地提高对仿生四足机器人液压伺服系统的控制精度,保证仿生四足机器人能够平稳行走。     

四足机器人的障碍检测及躲避系统设计

当今社会,人工智能行业蓬勃发展,机器人是未来发展的必然趋势。仿生机器人是机器人领域的一个重要分支。文章根据全国机器人大赛ROBOCON赛事规则要求,设计了一款四足机器人,采用STM32F407VET6作为主控制器,对其自主避障系统做了研究。针对四足机器人的障碍检测及躲避,设计了一种基于激光雷达、光电等多种传感器信息融合的自主避障算法及避障策略的四足机器人,在上位机对各方面功能进行仿真,实现四足机器人自主避障,并对四足机器人的障碍检测及躲避系统进行实验验证,证明理论的可行性,满足了预期的设计指标。     

基于空间曲线啮合轮的六足机器人结构设计与分析

为减小六足机器人的体积及优化其结构,设计一种基于空间曲线啮合轮的六足机器人。详细介绍空间曲线啮合轮传动机构及执行机构的特点及设计思路．对机器人的受力情况进行分析。新型机器人结构简单,体积小且成本低。     

基于曲柄摇杆机构和凸轮机构的四足机器人步态分析

足式机器人是近年来各国科学家大力关注的机器人研究一个比较活跃的领域,四足机器人以其结构和控制方法的相对简单成为足式机器人的一个理想研究对象.四足机器人不但可以应用在军事、行星探测、救灾等领域,而且在家庭娱乐、仿生学等领域大显身手.文章采用埃万斯连杆机构进行一种稳步四足机器人的机构设计分析,并利用Matlab软件对其足迹的稳步性做了运动分析.     

可重构仿生四足机器人倾覆后恢复机理与特性研究

农业环境起伏多变,边界模糊,大多呈非结构化分布。四足机器人在复杂农业环境中作业时,易出现因倾覆失去运动能力的情况,因此机器人需具备倾覆后自我恢复能力。传统四足机器人倾覆后恢复多数依靠腿部运动来实现,而可重构四足机器人,可通过躯干与腿部协调运动来实现倾覆后自我恢复。本文基于可重构躯干构型多变,得到了多种仿生形态的可重构四足机器人,规划了基于可重构理论的倾覆后恢复机理。对比倾覆后可重构机器人利用躯干拱起折叠和单侧翻转折叠两种恢复方式,分析R1型、R2型可重构四足机器人恢复的运动特性。利用软件ADAMS进行仿真,对仿真数据进行分析,证明了可重构躯干比刚性躯干更有效地减少了恢复过程中的冲击。最后设计样机并进行实验,验证机理实施的可行性与稳定性,研究结果表明其可降低实现静态自我恢复的难度。     

融合IMU的四足机器人腿部里程计

针对四足机器人腿部里程计问题,提出了一套融合IMU和四足机器人运动学的腿部里程计算法。首先介绍了四足机器人的结构和参数,对四足机器人进行运动学分析;然后通过分析接触力,计算腿部的接触概率;最后利用卡尔曼滤波将四足机器人运动学和IMU信息进行融合并计算四足机器人腿部里程计,通过实验验证腿部里程计的实际性能。     

基于Trot步态的液压四足机器人关节驱动力仿真分析

采用液压能代替传统的电能驱动机器人的功率密度高、控制算法简单,输出转矩较大,负载能力强。以液压四足机器人为参考对象,利用SolidWorks建立四足机器人的三维模型,并利用MATLAB,ADAMS搭建联合仿真平台,采用联合仿真的方法研究其在对角(Trot)步态行走过程中步态参数对液压四足机器人关节驱动力的影响,通过参数优化使得关节驱动力对液压系统的影响最小,从而能够实现四足机器人的稳定行走,同时,也为四足机器人液压系统设计提供了理论分析依据。     

基于STM32-PCA9685的四足机器人控制系统设计

近年来,四足机器人成为腿足式机器人研究的热点,控制系统作为整个机器人系统的核心部件之一,对机器人运动控制起着至关重要的作用。如何开发有效简便的四足机器人控制系统成为重要问题。文章设计了一款基于STM32-PCA9685的四足机器人控制系统,主控器STM32F407ZGT6通过构建的运动学模型计算机器人12个关节的目标转角值,转化为PWM波信号指令,再通过IIC通信协议发送给PCA9685,产生12PWM波控制信号控制关节舵机转动。该控制系统极大地节约了STM32F407ZGT6的资源接口,仅需占用其4个接口就可以控制12个舵机实时转动,提高了通信的稳定性。最后,文章通过四足机器人的单腿摆动实验和站立实验验证了该控制系统的稳定性和实用性。     

四足机器人trot步态联合仿真分析

以四足机器人为研究对象,利用SolidWorks建立四足机器人的简化模型,并利用MATLAB、ADAMS搭建联合仿真平台,采用联合仿真的方法,通过不断调整轨迹参数,实现了该机器人稳定的trot步态行走,验证该结构的合理性以及稳定性。通过联合仿真可以方便地进行参数优化,得到设计物理样机所需的数据,大大提高了设计效率。     

八足蜘蛛机器人的设计与实现

在自然界中,蜘蛛因其独特的爬行机理可以在垂直的墙壁甚至倒立在天花板上行走.文章阐述了一个运用仿生学原理设计的八足蜘蛛机器人,最终的蜘蛛机器人可模仿现实当中蜘蛛的爬行方式在平地进行爬行运动,实现前进、后退、转弯等动作,为进一步研究多足步行机器人提供了参考.     

串并混联四足仿生机器人动力学建模与分析

对一种可快速行走、承载能力大及侧向解耦较好的串并混联四足仿生机器人进行动力学建模与分析。阐述了腿部机构的布局,进行了运动学分析,建立了具有显式的线速度雅可比矩阵,并推导了各构件的速度与末端线速度的显式表达式。采用Lagrange方程建立了显式的腿部机构动力学方程,推导了腿部机构的逆动力学方程。通过实例对腿部机构的逆动力学方程进行验证,分析了步长对驱动液压缸最大输出力的影响规律;依据逆动力学方程建立了仿生机器人的移动能耗性能指标,并对仿生机器人的移动能耗进行了分析。实例与分析表明,动力学方程理论推导正确;在腿部足端着地的瞬间各驱动液压缸产生最大输出力,与抬腿高度无关;在直线行走和侧向行走时,随着步长的增加,液压缸输出力单调增大;在腿部机构侧向行走时,3个驱动缸中侧摆缸输出力最大。