四足仿生机器人足端工作空间的分析

四足仿生机器人工作空间的形状和大小对其优化设计具有重要的作用。在简化的四足仿生机器人模型的基础上,根据其髋关节、膝关节的运动参数范围,采用蒙特卡洛方法在MATLAB软件上画出了其工作空间的形状,利用数值积分的思想求出了工作空间的体积大小并对几何误差进行了分析。     

四足仿生机器人足端工作空间的分析

四足仿生机器人工作空间的形状和大小对其优化设计具有重要的作用。在简化的四足仿生机器人模型的基础上,根据其髋关节、膝关节的运动参数范围,采用蒙特卡洛方法在MATLAB软件上画出了其工作空间的形状,利用数值积分的思想求出了工作空间的体积大小并对几何误差进行了分析。     

六足步行机足端轨迹规划及仿真研究

在对六足步行机运动学分析的基础上,为了改善步行机的起落特性及步行稳定性,进行了平地无障碍足端轨迹规划。使用摆线函数分别产生足的水平和垂直方向的运动轨迹,用修正摆线函数使其加速度进一步平滑、连续,对各关节的运动轨迹和关节驱动力矩进行了仿真。     

新型仿生六足机器人步行足运动学分析与研究

通过对六足步行机器人步行足的运动学分析，按照坐标系的建立原则，选取机构中的转动副作为关节变量，推导出各关节的广义变换矩阵，得到了步行足足端的运动学方程，求出步行足足端点运动学的正解坐标系，利用paul等人提出的代数解法进行了运动学逆解分析，并借助计算机对其逆解进行了验证，为后续的运动学分析和轨迹规划奠定了基础。     

四足机器人腿部运动空间和足端运动轨迹研究

机器人的单腿的运动空间及足端点运动轨迹决定了所设计的机器人的应用范围。为了研究四足步行机器人摆动腿在一定参数条件下的运动空间大小及足端的运动轨迹,通过对机器人摆动腿正运动学方程,足端点轨迹在y、z轴上对时间的函数进行计算,并将计算结果运用MATLAB软件进行仿真,不仅直观地观测到机器人的运动情况,还得到所需的数据,且以图形的形式显示出来,达到了预期目的。     

六足仿生机器人步态规划与足端可达空间分析

为进行六足仿生机器人轨迹规划和控制,设计了稳定性高且运动速度快的三角形步态,利用坐标变换分析机器人腿部运动学正解,利用几何关系分析腿部的运动学逆解,分别得出正解和逆解的显式解,并验证了正解和逆解的正确性。根据正解结果利用MATLAB仿真腿部的可达空间,并分析了可达空间的形状分布,结果表明在可达空间范围内腿部能够摆动足够的跨度和高度,从而实现行走及越障。     

新型仿生六足机器人自由步态中足端轨迹规划

设计了一种具有变形关节和轮式足端的新型仿生六足机器人,该机器人具备轮式、爬行、步行等运动模式,有较好的灵活性及环境适应能力。运用矢量法构建了机器人运动学模型,并利用几何关系对模型进行求解。对机器人沿给定的路径执行自由步态时机器人所允许的最大步幅进行了分析。基于不同的地形条件,规划了抛物线和直线-抛物线两种足端轨迹。仿真结果表明,机器人在沿给定的路径执行自由步态时,抛物线和直线-抛物线两种足端轨迹规划方法合理、可行。     

基于最优时间间隔的足式机器人足端轨迹规划

在任务空间进行足式机器人足端轨迹规划时,由于任务空间与关节空间的非线性映射关系会导致关节电机的速度、加速度超限或发生突变,影响机器人的运动平稳性.针对该问题,提出了一种基于最优时间间隔的足式机器人足端轨迹规划算法.首先对任务空间规划出的足端轨迹离散点反解计算得到对应的关节角度,然后以关节角度为约束,以轨迹点之间的时间间...     

液压四足机器人足端的力预测控制与运动平稳性

针对液压四足机器人在坚硬路面行走时,足端位置易受刚性冲击,导致运动姿态平稳性差的问题,提出一种液压四足机器人足端力预测控制方法。在分析液压四足机器人结构的基础上,根据运动学与力学模型构建了液压伺服系统的力控制模型;采用改进自适应布谷鸟优化BP神经网络算法建立足端力预测控制模型,通过仿真对比分析验证了该算法的可行性。最后通过液压四足机器人KL样机进行足端力及刚性地面行走测试,结果表明该方法能有效增强液压四足机器人腿部的力柔顺性,提高运动姿态平稳性。     

基于CPG理论的六足机器人多足协调运动控制方法

模仿生物CPG（Central Pattern Generator）控制机器人的运动是近年来提出的新方法。文章利用基于振动理论的CPG神经元模型，建立了CPG神经振荡网络，并由两个先导神经元控制两组这样的网络振荡，从而控制机器人的节律性行走中的多足协调运动。根据六足机器人的关节运动顺序，选取合适的连接矩阵，得出了合适的控制曲线，得到解决了六足机器人的多足协调运动和行走问题的方法。     

一种新型多足仿生机器人步行足关节结构研究

详细介绍了一种新型多足仿生机器人步行足的关节结构.新型多足仿生机器人步行足关节采用谐波减速器作为传动部件,其传动比大、可靠性高、结构紧凑,特别适合应用于微小型机器人的关节设计中,在一定程度上解决了以往传动方式传动效率低,传动比小,且没有自锁能力等问题.采用新型多足仿生机器人步行足关节完成了3个自由度的仿生机器人步行足和八足仿生机器人的设计,验证了关节应用的可行性.     

六足旋翼直升机

飞机勘测计算海洋生物存在着一些缺点,例如:飞行高度较低,飞行缓慢,噪音较大.虽然科学家乘坐飞机能够拥有广阔的海洋视野,但是发动机的噪音将严重干扰海洋动物,在勘测活动中对飞行员和工作人员带来一定程度的危险.目前,科学家最新研制一款六足旋翼机,能够更加安全有效地勘测海洋生物.之前一些生物学家开始着眼研究具有较少干扰性的无人飞行器(UAVs)来勘测海洋生物,其中包括:鲸、海豚、海狮和企鹅.一些直升机装配了3米长的翼展,并流行使用电池动力.     

基于足端位置的六足机器人漫游地形感知与表征

未知复杂地形的精准感知与量化表征长期制约着六足机器人运动性能与作业效能的本质提升。针对传统基于外部传感的地形感知与表征方法普遍存在的感知范围局限、感知精度不足、表征效果欠佳等突出问题，研究借鉴足式生物地形感知机理，充分利用足端与地形交替离散接触特性，创新提出基于足端位置的六足机器人漫游地形感知与表征方法。通过构建时变机体坐标系下足端位置解算模型，解决漫游地形无序足端序列坐标高效求取难题。基于足端序列的周期化处理与矢量化描述，建立基于周期足端位置状态的局部地形量化表征方法，间接构建时变机体位姿与局部地形间周期映射关系。系统分析相邻周期机体位姿间耦合约束与变换机制，建立基于机体位姿变换的全局形貌拓扑重构方法，以连续精准机体位姿作为参照实现周期映射局部地形的拓扑拼接。样机实验结果表明，基于足端位置的六足机器人地形感知与表征方法相比传统方法能够在无需增设外部观测传感器件条件下较为精准合理的量化表征不同特征局部地形，并实现漫游地形全局形貌的精准拓扑重构。     

基于足端轨迹规划算法的液压四足机器人步态控制策略

设计一种液压四足机器人仿生机构,通过设定相应的坐标系为机器人进行运动学建模,并对行走过程中单腿的相位关系进行了分析。针对行走过程中足端的拖地、滑动和接触冲击等问题,提出一种零冲击的足端轨迹规划改进算法,并实现了步态规划算法设计。步态规划根据步态中各腿间的相位关系,借助四足机器人运动学模型进行逆运动学解算,求出各腿的关节角度函数,利用机构的几何关系得到各液压缸伸缩量控制函数,对试验样机各腿进行伺服驱动控制,从而实现液压四足机器人的步态规划行走。仿真试验结果表明,在该策略驱动控制下液压四足机器人行走过程连续平稳,样机足端轨迹较为平滑,躯干起伏较小,证明了该足端轨迹规划方法用于四足机器人步态设计的合理性和有效性。     

基于足地接触特性辨识的六足机器人自适应阻抗控制

为提高足式机器人在未知地面环境中运动适应能力,提出了一种基于足地接触特性辨识的模糊自适应阻抗控制算法.首先,针对六足机器人提出一种足地接触特性辨识方法.为降低六足机器人行走时足地之间的冲击力,提出了一种六足机器人沿腿长方向基于足地接触参数的模糊自适应阻抗控制器.基于六足机器人在不平坦地面行走时的足地接触状态,建立机器人步态控制状态机及行走控制框架.通过六足机器人仿真模型,对足地接触特性辨识方法、模糊自适应阻抗控制器以及机器人行走控制框架进行仿真验证,并应用到"青骓"六足机器人样机进行实验验证.     

浅析BigDog四足机器人

根据BigDog四足机器人目前已经公开的技术资料,对BigDog机器人的整体概况和主要核心技术点进行了分析。机械系统重点分析了BigDog的结构特性和运动特性,以及由此产生的高功率密度问题;通过剖析BigDog液压驱动系统基本构成,发现结构仿生的缺陷限制了BigDog机动性能的进一步提升。研究表明,复杂地形条件下BigDog的运动控制首先取决于姿态的检测和地形的感知,姿态安全是BigDog实现持续纵向运动的前提条件。基本行走控制算法研究表明,液压系统的输出特性,能良好地满足BigDog的动力需求;通过几种典型的运动状态分析,对BigDog的控制实现过程进行了诠释。因非结构化环境移动机器人的智能性主要取决于导航系统的设计,故重点分析了BigDog的导航系统,特别是全自主导航部分。最后结合课题组四足机器人的研究经历,对四足机器人的研发提出了一些建议。     

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。     

基于能耗目标优化的多足爬墙机器人足力控制研究

针对多足爬墙机器人高空极限作业时需解决的能耗问题,提出了基于能耗性优化的多足爬墙机器人足力控制方法。以八足爬墙机器人为例,从机器人作业的安全性和能耗性角度描述了多足爬墙机器人的足力优化模型,实现了多足机器人的关节驱动力和足底接触力的转换,有效地减少了优化变量的数量,简化了优化的计算。通过分析多足爬墙机器人的关节驱动力约束和动力学约束,建立了机器人总电机功率与机器人运动步态及作业环境(包括攀爬角度与吸附平面的粗糙度)的关系。并综合考虑了爬墙机器人吸附安全等特殊性,对机器人的足底接触力进行优化,提高机器人对环境变化及支撑腿数量变化的适应能力,降低关节驱动电机的能耗,实现了机器人电机总能耗最小化的目标。实验仿真结果证明了所提出的控制方法简单可行。     

六足机器人控制系统设计

由于国内石油管线巡护以传统人工巡检为主，受人为和地理区域因素的影响，导致复杂地理环境以及人力无法达到区域的场所下的管线巡检困难。因此，本文设计了一种六足机器人控制系统，使用STM32F103RCT6作为主控板，连接舵机驱动板，搭配传感器模块，采用三角步态来控制机器人，从而实现石油管道智能巡检。     

考虑足地作用的足式机器人环境表征与路径规划

足式机器人在行走过程中,足端与地面之间的相互作用影响机器人的地面通过情况。足地作用与地表的几何形状和地面的物理特性息息相关,因此仅基于几何特性地图进行路径规划难以满足野外环境下规避松软沙土等非几何危险的需求。针对该问题,考虑足地作用力学提出包含几何与物理特性的环境模型进行足式机器人路径规划。通过简化和统一软硬地面下的足地作用模型,提出表征地面法向松软特性和切向摩擦特性的参数化指标,结合几何特性构建更全面的环境模型。综合考虑影响机器人通过性的地面几何与物理特征,重构路径规划的优化目标,通过图搜索算法实现最优路径规划。以六足机器人Elspider为对象进行仿真和试验,验证了所提出的方法能够有效规避非几何危险,实现了更安全、通过性更强的路径规划。