多自由度仿生机器人的设计分析与实验

基于现有仿生四足机器人仿形度不高的问题，设计了一种外形结构和运动机理与仿生对象高度相似，且具备多自由度腿足和躯干的仿生四足机器人。通过对仿生对象的分析和研究，得到了机器人的自由度、结构模块、外形尺寸等参数，并基于这些参数进行头部、躯干、尾部、四足等模块的结构设计。对设计的机器人进行受力分析，确定机器人整体和四足结构设计的合理性。将设计的机器人加工制作并集成样机系统，开展样机的运动测试实验，验证了机器人设计的正确性。     

基于ADAMS的新型四足爬行机器人设计及其步态研究

足式机器人具有极强的环境适应能力。传统的四足爬行机器人通常将机身设计为整体,机身连接4条具有3个自由度的腿部机构,这种结构控制较为复杂,基于创新性,将传统空间机构转化为平面机构,添加腰部自由度,这种结构自由度数更少,更易于控制,同时还具有传统四足爬行机器人的优点。     

十二自由度四足机器人的腿机构设计与步行实验

针对四足机器人研究中存在电机驱动不强和效率低的问题,采用耦合驱动的腿机构来构建四足机器人。设计了具有复合运动模式的耦合驱动髋关节,通过髋关节两个电机选取不同的旋转方向和速度,产生多角度的复合运动。运用此腿机构研制具有12个主动自由度的原型样机。根据静态稳定裕度,设计了机器人静态行走步态,运用分布式CAN总线搭建机器人的运动控制系统。实验证明:四足机器人运动平稳,一个运动周期移动距离为32 cm,单足抬起高度为4 cm,满足设计的要求。     

双足步行机器人的下肢机构设计

为使足行拟人机器人的下肢机构结构更加紧凑灵活,提出了一种串并联结构相结合的双足步行机器人下肢机构设计方案。在该方案中,设计了二自由度的并联机构作为十字交叉的二自由度关节结构,并用于二自由度的踝关节和两个方向转动的髋关节。设计了单自由度平面连杆机构用于膝关节和一个方向转动的髋关节。详细描述了足行机器人下肢机构的踝关节、膝关节和髋关节的结构设计,为双足机器人的步态控制打下基础。     

四足机器人结构设计与运动学分析

通过对四足哺乳类动物的结构简化,确立四足机器人结构框架,并建立该机器人的运动学模型.对四足机器人的关节运动进行轨迹设计,同时利用ADAMS软件建立四足机器人的虚拟样机,仿真结果验证了运动学数学建模的正确性及结构设计的合理性.     

侧向冲击作用下四足机器人运动仿真分析

基于四足哺乳动物的身体构造及运动特点,利用Pro/E设计出了腿部拥有3个自由度的四足机器人简化模型,并通过ADAMS进行仿真验证其结构的合理性和运动的稳定性。在机器人行走中给予其侧向冲击,分析对运动的影响,从而为机器人的结构优化和姿态控制提供一定的理论依据。     

用于抗洪打桩的四足机器人结构设计

为解决抗洪抢险打桩中机构进入现场的问题,建立了一种四足机器人的结构设计方案。对四足机器人的结构进行了分析,建立了机架、腿、关节以及足的4部分组成结构,该机器人单腿采用三关节三自由度结构,机架与胯部、胯部与上臂、上臂与下臂分别采用3个转动副连接,并在结构设计的基础上对JQR100四足机器人进行了驱动方式设计以及逆运动学分析,为步态规划和运动学分析打下了基础。研究结果表明,JQR100四足机器人足底能够达到一定范围空间内的任意位置,机器人能够满足抗洪抢险进入现场和进行自由运动的要求。     

基于虚拟样机技术的四足机器人结构设计

四足机器人属仿生机器人,产品设计要经过周而复始的设计-实物试验-再设计过程,才能达到要求的性能。本文采用虚拟样机技术对四足机器人进行结构设计,通过在虚拟样机系统中加入零件的物理信息(如材料种类、密度、关节摩擦,接触力等),在ADAMS环境下,对虚拟的四足机器人进行运动仿真。仿真试验发现机器人膝关节所受冲击力过大,因此改进方案,重新设计腿部结构。改后结构的仿真试验表明:新结构明显的减小了机器人运动中所受的冲击力,体现了虚拟样机技术在四足机器人结构设计与功能模拟一体化,便于提出优良设计方案的优势。     

主动腰部四足机器人控制系统与跳跃步态研究

四足动物在快速奔跑中会采用跳跃步态,而跳跃步态中腰部的伸缩运动又对速度的提升具有重大影响。针对跳跃步态中腰部摆动对速度的影响,设计了带有腰部主动关节的小型四足机器人,采用了舵机作为髋关节主动驱动器和弹簧作为膝关节被动驱动器,使腿部具有一个主动自由度和一个被动自由度。以STM32芯片为中央处理器设计了包括复位、通信和舵机驱动等功能模块的控制系统。通过软件设计,在实验中实现了四足机器人跳跃步态下的稳定运动和较好的仿生运动现象,验证了控制系统的有效性,观察到了腰部主动关节对四足机器人跳跃运动中的速度影响作用。     

基于足端轨迹的仿生四足机器人运动学分析与步态规划

设计了一种电驱动四足仿生机器人,构造了具有主被动自由度、基于电动缸驱动的机器人腿部关节结构。对机器人进行运动学建模,并借助其运动学模型进行机器人正逆运动学计算,求解出了机器人腿部各个关节的转角函数。针对四足机器人的行走特点,提出一种四足机器人步态规划方法。经过对机构几何关系的分析计算,得到腿部各个关节电动缸位移量驱动函数。仿真实验结果表明,四足机器人在该种算法下可实现连续平稳的行走,初步验证了所提轨迹规划方法、步态及机构设计的合理性和有效性。     

六足仿生虎甲虫机器人结构设计与静力学分析

在分析虎甲虫生物原型的结构特点与运动机能的基础上,进行了六足仿生虎甲虫机器人的结构设计。根据选取的四种虎甲虫的后腿结构,给机器人腿部各关节选择合适的尺寸比例。运用Solidworks软件搭建六足仿生虎甲虫机器人的物理模型,模拟虎甲虫的身体外形结构进行躯体设计,呈细长形,六条腿在机体上的安装点近似分布在一长椭圆形上,每条腿是3个自由度的串联机构。利用ANSYS软件对机器人腿部的关键零件进行静力学分析,生成应力、应变分布图,结果证明了机器人设计的合理性。     

一种可重构四足移动机器人的几何约束及其抗倾覆能力

提出了一种在倾倒后具有自我恢复能力的四足并联移动机器人.该四足机器人的腿部结构由一种可重构空间六杆机构构成,该六杆机构由两个改进型球面五杆机构并联而成,具有两种不同的运动位形.其中,运动位形Ⅰ具有1R2T共3个自由度,满足四足机器人对腿部行走机构的自由度需求;运动位形Ⅱ具有2个自由度且工作空间很大,满足其翻身所需要的工...     

四足机器人结构设计与仿真分析

利用Pro/E设计了四足机器人简化模型,应用ADAMS对4种常见关节形式的模型进行了仿真对比,找出内膝肘式是四足机器人trot行走最稳定的一种模型。并对内膝肘式四足机器人模型进行了运动学仿真,为详细的结构设计和控制提供了方便。     

一种双面机器人头部结构设计

本文介绍了一种双面机器人头部的机械结构设计.双面机器人头部可以实现机器人双面眼球水平转动、双面眼球垂直转动、双面眼睑张合及双面嘴部上下颚张合,具有四个自由度,采用四个微型步进电机驱动,通过同步带、连杆机构及凸轮机构传递运动.该机器人头部结构已制造出,达到预期设计要求.     

四足机器人的腿部拓扑结构研究及其动力学仿真

对一种四足机器人的腿部机构设计方法进行探究。简析哺乳动物腿部关节分布,确立了四足机器人拓扑结构与自由度数目,用拉格朗日方程对其动力学简略推导,并建立虚拟样机。借助ADAMS动力学仿真软件,验证四足机器人虚拟样机在起立过程和对角步态的动力学规律。     

基于ADAMS的六足机器人腿机构优化设计与仿真

针对传统六足机器人腿机构自由度较多、控制较复杂的情况,综合考虑了足端运动轨迹对机器人越障能力和行进速度的影响,设计了一种具有单自由度腿机构的六足机器人.基于机械动力学软件ADAMS,建立参数化腿机构模型,并对参数化腿机构模型进行关键尺寸的优化设计,验证了六足机器人腿机构的有效性.有效提高了六足机器人的越障能力和行进能力,为后续研究奠定了基础.     

基于ADAMS的四足仿生机器人单腿结构设计

利用ADAMS软件虚拟样机技术,设计了液压驱动的四足仿生机器人单腿机械结构。通过分析四足哺乳类动物身体结构及运动特性,设计了仿生机器人的机械机构,确定了机器人腿部自由度配置,建立了仿真模型。根据动物的实际运动步态,规划并设计了静步态及对角小跑两种步态,进行了逆动力学仿真,得到关节等关键部位输出数据。在仿真实验的基础上,设计了液压作动器的关键参数及四足仿生机器人单腿机械结构。     

采用虚拟样机技术的四足机器人仿真研究

针对机器人抬腿和落腿时刻足端与地面冲击力过大的特点,建立了四足机器人的虚拟样机并进行仿真分析,对机器人的结构进行优化.通过对四足哺乳动物的结构分析,确定了四足机器人的结构框架;利用ADAMS软件建立四足机器人的仿真模型,并在仿真模型的基础上,分析机器人的运动特性,针对薄弱环节进行改进和验证,最终获得最优的结构设计方案.     

单自由度腿部机构的四足机器人稳定性研究

以基于切比雪夫连杆腿部机构的四足机器人为原型,建立了其足端的运动轨迹方程,并推导出速度方程; 分别从静态及动态两种步态对单自由度四足机器人的稳定性进行研究,给出了各种步态下保持平衡行进的稳定判据; 并通过Adams仿真进行了验证。     

面向Trot步态的四足机器人单腿结构及其尺寸优化

四足机器人的单腿是整机的主要支撑单元,同时也是四足机器人底层的运动单元.因此,单腿的设计会直接影响四足机器人的运动能力.针对四足机器人最为常见的Trot步态运动特点,设计了一种能适应Trot步态的新型单腿结构,并从尺寸优化的角度对该新型单腿进行结构优化.数值计算的结果表明,优化后的单腿在增大工作空间范围、减小驱动力矩等方面提升显著,可作为底层结构集成到四足机器人整机系统中去,同时也为四足机器人本体的结构设计提供了一定的理论参考.