基于速度矢量的电动并联式轮足机器人全方位步态切换方法

搭建了电动并联式轮足机器人的运动学模型,在单腿工作空间约束和行走稳定性约束条件下完成了间歇步态和旋转步态的基本步态设计,保证机器人在大负重情况下的全方位稳定行走。分析了机器人运动速度矢量与不同基本步态之间的对应关系。提出了基于速度矢量的电动并联式轮足机器人全方位步态切换方法,分析了步态切换的最佳时机,详细介绍了不同种步态之间的步态切换过程。通过虚拟样机和物理样机试验平台对本步态切换方法进行仿真分析和试验验证。仿真与试验的结果表明,电动并联式轮足机器人在基本步态行走和步态切换过程中,稳定裕度始终不小于零,且机器人机身的横滚角和俯仰角分别在–1.5°～4°和–2.8°～2.5°范围内变化,该方法能够保证电动并联式轮足机器人稳定的完成步态切换。     

四足步行机弯道行走步态

弯道行走是四足步行机步态拟定中还未被研究的问题,可它对研制衫的四足步行机十分重要。根据地面情况先拟定出使步行机稳定而不会跌倒的行走步态,然后依可行性条件来检查步态是否可行。依据步行机的结构参数找出该步行机的稳定可行步长的转角集。只要在这个稳定可行集内选择步态的步长和转角,按本文方法拟定转弯步态,该步态必能保证步行机平衡行步。     

基于重心侧向摆动的四足机器人爬行步态优化

针对四足机器人采用爬行步态行进时高稳定裕度和行走速度难以同时获得的问题,借助间歇爬行步态中重心侧向摆动的动作优化了爬行步态。通过侧向调整重心对爬行步态进行优化以达到行进速度和稳定裕度的平衡。定量描绘出重心侧向移动幅度对四足爬行步态稳定裕度的影响。基于Adams虚拟样机,仿真分析了优化后爬行步态在稳定性和速度上的改善。最后通过原理样机试验验证了该优化步态的有效性。     

全方位六足步行机的运动设计

本文对六足步行机的全方位运动步态进行了探讨, 提出了基于静态稳定性考虑的最佳步态的选择方案.就横向运动六足步行机的广义三角步态, 分析了其静态稳定裕量、爬坡能力、越沟能力等运动性能, 并给出了采用广义三角步态的横向运动六足步行机总体几何参数CAD的实例.     

六足机器人爬楼梯步态规划

楼梯是移动机器人工作环境中最常见的复杂障碍物之一,也是衡量机器人在非结构化环境中推进性能的一项重要指标。因此,分析了国内爬楼梯机器人的研究现状,设计了六足机器人AmphiHex的四足步态,计算了四足步态的稳定裕度,并分析了四足步态在不同楼梯中的应用,最后通过实验验证步态规划是可行的,从而为机器人的系统设计和行为决策提供指导。     

圆弧足被动行走机器人动力学参数影响研究

被动行走机器人运动特性主要取决于动力学参数的选择。为研究参数变化对机器人步态的影响,以圆弧足被动行走机器人为研究对象,利用拉格朗日方法建立动力学方程并进行了数值仿真。借助分岔理论研究了圆弧足半径、质心位置、转动惯量和斜坡倾角对机器人稳定步态的影响。采用正交扰动向量法求解被动行走机器人这种非光滑系统的李雅普诺夫指数,对分岔动力学进行了验证。结果表明：随着质心位置、转动惯量和斜坡倾角增大,机器人步态出现倍周期分岔现象,当圆弧足半径在特定区间内增大时机器人仍保持周期一步态,但足半径过度增大会导致步态失稳;另外,双参数研究中对圆弧足半径和质心位置联合作用下机器人稳定参数区间变化进行了分析,并且发现机器人步态呈现出逆倍周期分岔现象。该研究结果为未来双足步行机器人的优化设计和主动控制提供了重要参考。     

适应不同重力环境的仿壁虎机器人运动仿真

针对不同重力环境下仿壁虎机器人的运动稳定性、运动高效协调性等问题,基于四足机器人的步态规划现状和仿壁虎机器人自身特定的机械结构,设计了仿壁虎机器人在g、0、-g 3种环境下的足端轨迹和运动步态。在ADAMS仿真软件中研究了机器人的运动学和动力学特性,得到了仿壁虎机器人稳定爬行与脚掌黏附力、足端轨迹和运动步态的关系。探讨了仿真结果的合理性和局限性,为仿壁虎机器人在实际环境中的稳定运动奠定了理论基础。     

四足步行机器人步态规划与稳定性分析

通过对各种步态详细的分析和讨论,得出了稳定行走的最佳步态。为了得到稳定、易于控制的机器人系统,研究和分析了四足机器人的静态稳定性,并给出了系统稳定性的判断方法。     

考虑接触滑移的被动行走器行走步态研究

基于被动行走原理的被动行走器不同于主动控制行走器,它仅靠重力就能在下坡路面上呈现稳定的周期步态,其最大特点在于它的低能耗和自然步态.由于理论计算和试验的局限性,为了更直观地观察被动行走的行走步态,以及深入研究行走的足地接触过程,利用ADAMS建立带有圆弧足的直腿被动行走器三维模型.通过对被动行走器模型参数、接触参数以及初始条件的调整得到周期性稳定行走,并对周期性稳定行走给出极限环描述.同时,利用IMPACT接触模型得到了足地接触过程中的接触力、接触轨迹等信息,进一步对行走过程进行描述.当改变足地接触刚度与接触阻尼时,被动行走器出现了跳跃和周期性跳跃的现象;改变足地之间摩擦因数时,出现了滑动现象.通过对以上现象的研究,定性地分析足地接触参数对行走步态的影响.     

六足机器人爬坡性能分析及步态选择

具有良好的爬坡性能对于六足机器人有着重要意义,首先,介绍六足式弧腿机器人的结构,从其常见步态中分析利于爬坡的三角步态及同步步态,其次,根据所定义的步态参数对比分析两种步态下的爬坡速度,计算爬坡时的稳定裕度,以分析两种步态下的稳定性,通过建立腿部的动力学模型,推导出不同步态下的最大爬坡角,最后,根据仿真和实验的数据验证理论分析的正确性,从而为六足机器人爬坡时的步态选择作出参考。     

Typical gait analysis of a six-legged robot in the context of metamorphic mechanism theory

The equivalent mechanism of the system is often considered as one specific mechanism in most existing studies of multi-legged robots, however the equivalent mechanism is varying while the robot moves on the ground. Four typical tripod period gaits of a radial symmetrical six-legged robot are analyzed. Similar to the metamorphic mechanism, the locomotion of multi-legged robot is considered as a series of varying hybrid serial-parallel mechanisms by assuming the constraints of the feet on the ground with hinges. One gait cycle is divided into several periods, and in different walking period there is a specific equivalent mechanism corresponding to it, and the walking process of multi-legged robot is composed by these series of equivalent mechanisms. Walking performance can be got by analyzing these series of equivalent mechanisms. Kinematics model of the equivalent mechanism is established, workspaces of equivalent mechanisms are illustrated by simulation and a concept of static stability workspace is proposed to evaluate the static stability of these four gaits. A new method to calculate the stride length of multi-legged robots is presented by analyzing the relationship between the workspace of two adjacent equivalent parallel mechanisms in one gait cycle. The stride lengths of four gaits are given by simulations. Comparison of stride length and static stability among these four typical tripod gaits are given. It has been proved that mixed gait and insect-wave gait II have better static stability than mammal kick-off gait and insect-wave gait I. Insect-wave gait II displays its advantage on stride length while the height of robot body lower than 87 mm, mammal kick-off gait has superiority on stride length while the height of robot body higher than 115 mm, and insect-wave gait I shows its shortcoming in stride length. The proposed method based on metamorphic theory and combining the footholds and body height of robot provides a new method to comprehensive analyze the performance of multi-legged robot.     

基于遗传算法的三肢体功能仿生机器人步态能量优化

针对实验室研究设计的三肢体功能仿生机器人所要实现的基本行走功能而提出五种基本行走步态:平行交叉行走步态、翻转行走步态、高姿爬行行走步态、低姿爬行行走步态和两肢体行走步态。在分析了机器人运动学和动力学模型的基础上,给出了生成机器人基本行走步态各关节轨迹的计算方法。随后针对这五种基本行走步态提出一种以步行速度和能量消耗为目标函数的步态优化方法。该方法采用遗传算法进行优化,并通过最佳保留、对操作结果的取舍和动态调整变异概率三项措施有效地避免了其早熟的问题,得到了较为可靠的结果。最后提出嵌套优化的策略,在消耗时间相同的前提下,提高了遗传算法的计算精度。两组随机试验结果的对比表明了该嵌套优化策略有效地提高了优化结果的质量。     

可重构机器人单元结构设计及组合特性分析

建立了可重构机器人的一般化模块单元结构模型,定义了单元的组合表面,根据单元模型的几何外形和组合面的几何对称性,对其组合特性进行了分析。在此基础上,针对机器人转动关节的结构和运动特点,分别建立了摆动单元和旋转单元的可重构模型,同辅助单元共同组成可重构机器人系统的基本组合单元,并根据单元的几何结构,利用组合数学理论分别对其组合特性进行了研究。最后,利用这3种基本单元组合装配了一种与实际系统相对应的五足步行机器人,表明提出的可重构单元具有一定的可行性和实用性。     

基于主动试探的微小型爬壁机器人步态控制

针对欠平滑壁面上微小型爬壁机器人吸盘足吸附失败后的自主行为控制问题,根据机器人的结构设计及运动步态特点,提出基于主动试探的机器人吸盘足着地点自主选择步态控制方法。分析机器人的三种运动模式,以及直线运动和转向运动的基本步态。定义机器人的状态矢量,建立机器人吸盘足的有限状态机模型和状态转移图,并按“就近”原则设定状态转移函数的优先级。以上述研究为基础,提出在缺少壁面环境信息条件下的机器人步态控制主动试探方法。对步态控制方法进行仿真分析,并在实验室模拟环境和实际的飞机外表面环境进行试验验证,结果表明,所提出方法对于改善机器人的控制性能和提高机器人的自主能力是可行和有效的。     

四足、八足步行仿生机器人基本步态及时序研究

从步态和步态时序两方面对四足和八足仿生机器人能够采用的基本步态进行了研究，根据步行足的有荷系数分别对四足和八足步态进行了分类，并比较不同步态下的速度及稳定性，为步行机器人的合理驱动和控制提供了理论依据。     

Tripod gait-based turning gait of a six-legged walking robot

The turning gait planning and improvement methods of a six-legged walking robot on the basis of tripod gait are presented in this study. A projection method that considers an unstructured environment is proposed for the turning gait planning of the six-legged walking robot. The body and foot motion trajectories of the swing legs are planned with polynomial curves to keep the robot steady while walking. Two basic turning gaits, namely, circling and spinning gaits, are successfully designed with the planning method. An optimized method is proposed to improve the turning angle, which is subjected to stability, kinematics, and relief amplitude constraints in the unstructured environment. The turning ability of the turning gait is improved with the optimized turning angle. The circling and spinning gaits are implemented in simulations and experiments. Results demonstrate that the planning and improvement methods for the turning gait are valid and correct.

     

一种新型四足变胞爬行机器人的步态规划研究

随着移动机器人在探测救援中的应用逐渐增多,活动灵巧、环境适应能力强的多足机器人越来越受到国内外学者的关注。介绍一种腰部可以活动的四足机器人的设计及其步态生成,并展示了活动腰部可提升机器人对极端环境的适应性。提出三个基本假设以简化机构模型,提出腰部构态变换规则,并用几何方法说明了腰部构型变化可扩大机器人腿部活动空间,从而提升对复杂环境的适应性。另外,腰部运动与步态融合,生成了两种新的基本步态——扭腰直行步态和原地旋转步态。基于提出的两种步态,对比了固定腰部与可动腰部条件下运动稳定裕度的变化,分别计算了狭窄弯道通过条件,并分析了所设计步态对头部视觉的影响,从而证明所设计机器人具有较高的极端环境适应能力。     

Adjustable Mechanism for Walking Robots with Minimum Number of Actuators

Recent literature on walking robots deals predominantly with multi-degrees-of-freedom leg mechanisms and machines capable of adopting several gaits.This paper explores the other end of the spectrum suggesting mechanisms derived from a four bar coupler curve for a one degree of freedom walking robot.Simulation of the walk indicates that body of the robot is able to move with low variation in velocity.The best strategy for changing the gait to enable the robot to walk over obstacles and the effect of change i...     

QW-Ⅰ型全方位四足步行机器人的设计及实验研究

本文介绍了QW-Ⅰ型四足步行机的设计特点及其层次式控制系统结构,着重研究了以规则步态实现全方位行走问题,提出通过侧行步态的切换及触地腿的局部调整来实现沿给定路线运动的方案。完成了样机研制,进行了实验研究。