基于CPG的四足机器人运动控制

为了提高四足机器人运动的稳定性和适应性,受自然界动物节律运动的启发,提出基于Hopf振荡器的CPG网络的控制模型。将CPG网络的输出作为基本的节律信号,控制四足机器人的关节运动。针对传统步态切换存在的锁相、突变等问题,在CPG模型中引入旋转矩阵后可输出连续、平滑的控制曲线;同时,该CPG网络能够输出任意相位关系的控制信号,用于各步态生成及步态间切换的运动控制。最后,通过MATLAB/ADAMS联合仿真和样机测试,验证了该控制策略的有效性和合理性。     

六足机器人步态规划及其静态稳定性研究

以一种新型六足机器人样机为研究对象,研究机器人直线行走步态及其在该步态下的稳定性.分别规划了一种六足机器人纵向与横向直线行走的三角步态,给出了六足机器人在三角步态下步长以及稳定裕度的计算方法,并分析了六足机器人在三角步态下的静态稳定性.六足机器人采用三角步态直线行走时,不考虑惯性力对机器人稳定性的影响,在其步长满足一定条件时,六足机器人是静态稳定的.     

外骨骼负重机器人液压缸驱动力分析与仿真

本文利用动力学仿真软件ADAMS建立外骨骼负重机器人的虚拟样机,进行动力学仿真,根据仿真结果对液压缸驱动力进行分析计算,并将结果导入虚拟样机进行仿真验证。     

基于虚拟样机技术的下肢假肢结构设计与仿真

下肢假肢动力学问题是智能仿生人工腿(intelligent bionic artificial limb prosthesis)研究领域中的重要内容．针对智能仿生人工腿,设计下肢假肢基本结构,运用Pro/E建立下肢假肢膝踝足关节模型,进行非线性动力学分析,并考虑了关节间的摩擦问题．最后,通过ADAMS虚拟样机技术,对人体行走步态进行仿真模拟控制,为下肢假肢、步行机器人研究提供了理论基础．     

基于ADAMS的4 RUPaR高速搬运并联机器人轨迹规划与运动学仿真

由于并联机构的复杂性,通过理论计算分析机器人实际规划轨迹下的运动学性能是十分困难的．为了预测4 RUPaR高速搬运并联机器人机构在搬运轨迹下的运动学性能,在ADAMS中建立了并联机构的虚拟样机,对机构进行拾取放置轨迹规划和在规划轨迹下的正逆运动学仿真．通过分析仿真结果,预测机构在规划轨迹下的运动学性能指标,为机构优化设计、控制策略研究、规划轨迹优化和物理样机制造提供参考．仿真结果表明,规划轨迹设计合理,机构运动学性能良好．     

多关节蛇形机器人的结构设计和运动实现

针对蛇形机器人整体研制的关键问题，包括材料选取、结构设计和运动实现等，研制了一种新型的多关节蛇形机器人。该蛇形机器人由11个二自由度正交关节构成，可在保证灵活性的同时实现三维高仿生运动。采用蛇形曲线设计了蛇形机器人的蜿蜒、蠕动和翻滚等基本步态，并进一步提出了改进的越障步态。同时，在V-REP软件中对蛇形机器人的步态进行运动仿真，比较了不同步态的运动轨迹和运动效率。最后，通过蛇形机器人样机步态实验，对步态模型中各个控制参数对蛇形机器人运动波形和运动速度的影响进行了分析，验证了蛇形机器人本体结构与控制系统的可靠性。研究结果对实现蛇形机器人的步态规划与运动控制具有重要的理论意义与实际指导价值。     

一种平地楼梯两用助行机器人的建模与仿真分析

为解决老年人和残疾人出行不便的问题,提出了一种平地楼梯两用的助行机器人设计方案,采用轮足式结构实现爬楼梯功能.用R.Morales方法进行正、逆运动学分析,计算出机器人质心及各关节位移轨迹.用RobersonWittenburg方法推导出系统的动力学方程,将逆运动学解代入动力学模型中求得各关节所需的驱动力矩.同时在ADAMS中建立虚拟样机模型,进行运动学和动力学仿真,得到的机器人质心位移轨迹和各关节驱动力矩与MATLAB的计算结果一致,验证了设计方案的可行性和理论推导的正确性.     

水下分散自重构系统虚拟原型

开发了水下分散自重构系统的虚拟原型,从模块、拓扑和构形三个层次对水下分散自重构系统进行了描述,实现了对其运动和自重构过程的动力学仿真,并通过3D方式实时显示仿真与分析结果。利用该虚拟原型分析了系统的多种步态和自重构过程,说明虚拟原型可以为系统自重构策略提供直观可信的设计和测试手段。相对于实物样机,虚拟原型也具有低成本和易扩展的特点。     

柔索驱动仿生机体弯曲动力学建模与仿真

基于四足生物躯体运动机理,提出一种柔索驱动的四足机器人仿生机体。它由前机体、后机体、仿生脊柱和柔索驱动组件组成,可实现仿生机体的侧向和上下俯仰弯曲。采用坐标变换法进行了该仿生机体的运动学分析;基于拉格朗日法和浮动坐标系法进行了仿生机体动态弯曲的刚柔耦合动力学分析,确定了仿生机体弯曲所需柔索驱动力,对比分析了不同刚度机体的动态弯曲特性。基于虚拟样机技术进行了仿生机体弯曲仿真分析,验证了理论分析的正确性,为提高四足机器人在非结构化环境中的机动性的研究奠定了理论基础。     

旋转机械主被动混合隔振虚拟样机技术及实验研究

提出一种旋转机械主被动混合隔振虚拟样机方法,并通过实验对虚拟样机仿真结果进行验证。首先对柴油发电机组电磁-气囊主被动混合隔振系统进行建模,然后对电磁作动器进行理论分析与实验,得到电磁作动器输出力特性。通过利用多刚体动力学软件ADAMS与MATLAB/SIMULINK联合,搭建柴油发电机组主被动混合隔振虚拟样机系统,对虚拟样机进行了冲击摇摆的计算,并进行控制算法与主被动混合隔振研究,同时搭建了物理样机实验平台并对仿真结果进行实验验证。结果表明:主被动混合隔振虚拟样机所得结果与实验结果相吻合,可以作为主被动混合隔振系统研制的重要依据。     

Dynamical Analysis of a Novel Spherical Robot with Retractable Arms

A novel structure of a spherical robot with retractable arms was presented in order to fulfill the requirements of omni-direction movement and operation mission. Under the assumption of rolling without slipping,nonholonomic constraints were revealed and a dynamics model of the proposed robot was constructed by use of Kane's method. Numerical simulations about rectilinear motion and sigmoid curve motion of the system were carried out in Matlab,and as a comparison,the same trajectories were also implemented by a virtual prototype in ADAMS,which validate the derived dynamical model accordingly. With the derived dynamical model,torques/forces of joints were analyzed. The results indicate the disturbance forces or torques on each joint are not zero under the state of sphere moving,and with rational planning for the trajectory of the robot,there will be a great decrease of the disturbance forces or torques acting on the spherical caps and arms.     

电力隧道自动巡检机器人设计与运动仿真

针对现有电力隧道巡检机器人自动化程度不足、视野和观测角度有限的问题,设计了一款子母式自动巡检机器人。其中：具有移动功能的巡检机器人母机能够完成主要的日常巡检工作,并具备越障、避障能力;具有攀爬功能的子机能够完成复杂环境、极限角度条件下的勘测任务。子、母机共同协作可完成整个电力隧道的自动化巡检。首先,基于总体功能需求,提出了巡检机器人各模块的具体形式,并完成了其自动巡检的逻辑系统分层设计。然后,基于虚拟样机技术,在ADAMS (automatic dynamic analysis of mechanical systems,机械系统动力学自动分析)软件中建立电力隧道运行环境,并结合运动学仿真分析结果优化巡检机器人母机的结构,以提升机器人在隧道内作业的平稳性并确保其所搭载的传感器均能正常工作。结果表明,母机结构优化后,巡检机器人能够平稳运行,传感器平台的抖动幅度在5 mm内,且搭载的各传感器均能正常工作,验证了该机器人方案设计的合理性。相关理论研究结果可为电力隧道自动巡检机器人物理样机的研制提供可靠的技术支撑。     

Control of Velocity-Constrained Stepper Motor-Driven Hilare Robot for Waypoint Navigation

Finding an optimal trajectory from an initial point to a final point through closely packed obstacles, and controlling a Hilare robot through this trajectory, are challenging tasks. To serve this purpose, path planners and trajectory-tracking controllers are usually included in a control loop. This paper highlights the implementation of a trajectory-tracking controller on a stepper motor-driven Hilare robot, with a trajectory that is described as a set of waypoints. The controller was designed to handle discrete waypoints with directional discontinuity and to consider different constraints on the actuator velocity. The control parameters were tuned with the help of multi-objective particle swarm optimization to minimize the average cross-track error and average linear velocity error of the mobile robot when tracking a predefined trajectory. Experiments were conducted to control the mobile robot from a start position to a destination position along a trajectory described by the waypoints. Experimental results for tracking the trajectory generated by a path planner and the trajectory specified by a user are also demonstrated. Experiments conducted on the mobile robot validate the effectiveness of the proposed strategy for tracking different types of trajectories.     

Development of a compliant legged quadruped robot

This paper presents the detailed steps for design and development of a compliant legged fault tolerant quadruped robot where each leg has two links and two motorized revolute joints for locomotion. The body and upper links of legs are rigid whereas the lower link of each leg is compliant. Amble gait is demonstrated on the developed robot. Safety and reliability are the most critical issues for the quadruped robot. During the failure of any joint, performance of quadruped robot is affected. In this paper, locked joint failure is also discussed. Strategies for fault tolerant control of the quadruped are developed and experimentally validated. The developed robot can be used for various hardware-in-the-loop controller prototyping such as reconfiguration, fault tolerant control, and posture control, etc. pertaining to quadruped robots.     

基于ADAMS的六轴机器人动力学仿真分析

目的 为了解决六轴机器人包装行业中装箱、搬运等工序的应用问题,主要基于包装生产线的搬运工序设计作业机器人并对其动力学进行研究.方法 根据包装生产线搬运工序的作业特点,将机器人结构设计为六轴关节型机器人,每个关节均通过伺服电机连接减速器驱动,通过牛顿-欧拉法对机器人进行动力学分析,建立机器人模型,并运用ADAMS软件对其动力学进行仿真分析.结果 所设计机器人关节的运动轨迹曲线平稳变化,轨迹平滑连续,角速度和角加速度曲线平滑、无突变.结论 机器人运动平稳,在运动过程中振动较小,证明了结构设计的合理性,为六轴机器人的优化设计提供了理论基础.     

HT120点焊机器人柔性臂动力学和强度分析

利用多体动力学分析软件ADAMS,直接从三维CAD模型中获取HT120点焊机器人的几何形状、质量分布和转动惯量等重要信息。在此基础上,适当添加约束、力和运动关系,建立了HT120点焊机器人的数字虚拟样机模型。然后进行了动力学仿真,并将机器人小臂等关键部件设为柔性体,利用有限元软件研究小臂动力学仿真过程中的应力分布情况,对造型设计,结构优化以及疲劳分析提供了参考。     

基于袋装食品装箱的并联机器人的轨迹规划研究

目的 为了使机器人能够更加准确高效地完成袋装食品的装箱工作,对自动完成袋装食品装箱的并联机器人的工作空间和轨迹规划进行研究。方法 根据食品包装生产线上自动装箱的工况,介绍一种对轻小型袋装食品完成自动装箱操作的四自由并联机器人的基本结构,并运用Matlab软件对其进行工作空间分析,通过修正梯形轨迹规划算法对其进行轨迹规划,并运用ADAMS软件验证分析。结果 由得到的机器人工作空间图及机器人动平台的运动曲线图可知,机器人的作业范围能够达到半径300 mm、高度140 mm,动平台的速度曲线和加速度曲线均变化平滑,无突变,在机器人启停时速度与加速度均为0。结论 验证了机器人设计的合理性及修正梯形轨迹规划的可行性,此轨迹规划可以很好地适用于袋装食品装箱工序。     

可全程越障架空输电线巡线机器人设计

针对现有巡线机器人无法完全跨越所有地线障碍物的现状,提出一种新的巡线机器人越障方案.巡线机器人由单臂机构提供行走驱动力,双臂机构完成越障任务.该方案具有跨越所有障碍,且越障时动作简单,所需驱动力少的特点.通过理论分析及软件仿真的方法对巡线机器人越障关键环节进行分析,得到机器人越障过程的运动特性.在此基础上,制作出试验样机,并在模拟线路上进行越障实验,结果表明:该设计方案能完成预定的越障功能.证明了这种新的越障方案的有效性及可行性.     

基于动态运动基元的移动机器人路径规划

针对二维环境下移动机器人路径规划问题,提出一种基于动态运动基元(DMPs)的路径规划方法。该方法首先用手柄来控制机器人,记录机器人的运动轨迹,然后将记录的轨迹作为DMPs算法的学习样本,利用轨迹样本进行训练获得DMPs算法的模型参!,从而实现机器人的路径规划。当运动环境中有障碍物时,在已有学习基础上通过设计耦合因子规划出避障路径,在此基础上,改变机器人运动的目标位置,可以完成对新目标的泛化推广。仿真和实验结果表明,DMPs算法在移动机器人路径规划上具有可行性。