轮腿式机器人运动学分析及其步态规划

文中提出了一种可实现构型切换的轮腿式机器人，能根据地形的不同切换为不同的构型，且前腿末端可与夹取装置相结合，能够通过变换姿态构型将前腿用作机械臂，通过配合前臂关节与末端夹取装置协调运动以实现远程代替人工进行作业的功能；对轮腿机器人在运动过程中进行单腿的正/逆运动学分析；对轮腿机器人进行了CPG步态规划和可操作性仿真分析。结果表明：轮腿机器人运动平稳，前腿在混用为机械臂时可操作空间大，验证了可重构轮腿式机器人机械结构的可行性和合理性。     

一种轮腿式变结构移动机器人研究

提出一种新型的轮腿式变结构移动机器人.将四足哺乳动物腿式运动方式与轮式机构相结合,实现了轮式、腿式、轮腿结合等多种运动模式.在对机械本体结构分析的基础上,阐述了各种运动模式的运动学模型和步态生成方法.开发了主控计算机人机交互系统和基于ARM和DSP的嵌入式运动控制系统,采用无线以太网建立控制、反馈通道,实现了机器人的遥控/半自主运动控制.实验表明该机器人具有较强的非结构环境适应能力.     

连杆铰接轮腿式机器人的运动学与步态分析

将平行四边形机构应用于轮腿的设计中,提出了一种新型连杆铰接轮腿式机器人的设计方案。针对该新型轮腿式机器人的特点,提出了三种不同的步态:爬行步态、对角步态和滚动步态。借鉴了腿式机器人的一些概念和方法,对三种步态的生成原理和运动特性进行分析,并研究了该机器人在采用这三种不同步态情况下的重心高度变化规律、步距、占空比以及稳定裕度。运用ADAMS软件对平地和沟渠两种地形进行了仿真试验。仿真结果表明,该新型轮腿式机器人在稳定性、环境适应能力、步行速度等方面有明显的优势,同时也证明了三种步态的可行性和有效性。     

一种新型轮腿配合式管道机器人结构设计与运动仿真

文章提出一种新型轮腿配合式管道机器人的设计思想。机器人通过轮式驱动和腿式驱动二者的相互配合,兼有轮式机器人移动速度快及腿式机器人环境适应能力强等优点。文章首先对整体方案进行了设计,然后对腿式驱动系统进行了步态协调与行进分析,设计了凸轮机构及重心偏移系统,最后建立了机器人的三维模型,并进行了运动仿真分析,设计有一定创新性。     

六足仿蜘蛛机器人的结构设计与仿真分析

针对六足机器人运动规划问题,设计了一种六足仿蜘蛛机器人。首先,利用SolidWorks设计了六足仿蜘蛛机器人的机械结构;然后,通过建立六足仿蜘蛛机器人的D-H坐标系,构建了仿蜘蛛机器人行走机构的运动学模型,对机器人的单腿正、逆运动学进行了分析,推导了正逆运动学方程;最后,对几种典型步态进行了分析,运用多项式差值拟合的方法对仿蜘蛛机器人的摆动相及支撑相作了足端轨迹的规划;在此基础上,将SolidWorks模型导入到ADAMS/View中,利用ADAMS对几种典型步态进行了仿真,验证了对其步态规划的正确性。研究结果表明:该六足仿蜘蛛机器人的设计方案是有效的。     

新型轮腿机器人步态规划策略

设计了一种新型步态可切换轮腿机器人。该机器人步态切换机理易于实现且不存在冗余机构,驱动系统置于封闭空间内,可在两栖环境下应用。基于模型控制步态的策略,规划了轮腿机器人的足端轨迹;利用运动学模型分析求解出各关节变量,对步态控制策略进行研究,并利用实验样机验证了基于足端轨迹规划的机器人步态控制策略的可行性。     

一种新型轮腿式机器人设计与分析

设计了一种结构简单、承载能力强、越障性能好的新型轮腿式机器人——rolling-wolf。该机器人采用滚珠丝杠驱动轮腿运动,有效改善了以往轮腿式机器人的力学性能,提高了系统的承载能力以及轮腿机构的稳定性。首先将所设计的rolling-wolf和普通关节式轮腿机器人的力学特性进行了对比分析,分析结果表明rolling-wolf轮腿机构在力学特性上具有优越性。然后建立了rolling-wolf的运动学模型,并使用MATLAB对三种不同结构的rolling-wolf的轮腿运动包络域进行了求解。最后,根据对不同结构的rolling-wolf运动特性分析结果,选择了具有最佳运动特性的轮腿机构,完成了机器人整体结构设计。     

链节式八足机器人的运动分析及步态规划

以链节式八足机器人为研究对象,从运动学分析、稳定性研究和步态控制的角度出发,分析了机器人的姿态变换和运动步态规划问题。首先阐述了该机器人的整体机械结构,然后利用逆运动学方法求解了机器人末端执行机构的位置,多组可行解的存在说明该机器人可通过多种方式实现姿态的灵活变换;其次利用正运动学方法求解了机器人末端执行机构的速度,证明该机器人具有快速行走的特性;与此同时,还进行了机器人末端执行机构运动稳定性的分析和机器人多种步态的规划,可看出其具有良好的静态稳定性和动态稳定性,并可看出该机器人在步态规划方面具有可规划性好、可控制性强的特点。研究成果可为多足机器人技术的发展提供借鉴与参考。     

一种新型可变形轮腿式机器人的设计与分析

提出一种新型可变形轮腿式地面移动机器人,采用相同动力源实现轮式和腿式两种移动模式.将Chebyshev机构与平行四边形机构结合,提出了具有两种单自由度运动形式的单环闭链2RP3R变胞机构,进行了构型设计和运动学分析.将2个单环闭链变胞机构构造成轮腿式移动模块,进而构建一种可变形轮腿式机器人.机器人具有256种运动形式,...     

非结构环境六轮腿机器人典型路况步态规划及分析

针对非结构环境下六轮腿机器人地形通过性及高效行走问题,在已有并联六轮腿机器人模型的基础上,建立六足轮腿机器人运动学模型,分析机器人在凸起、凹坑、斜坡、崎岖等典型非结构地形下的移动能力,获得典型非结构地形机器人移动能力与机器人构型参数的相互影响关系.进而规划了六轮腿机器人典型大尺度非结构地形条件下的运动步态,通过ADAMS软件仿真验证了运动模型的正确性及运动步态的可行性;研究结果可为六轮腿机器人非结构地形条件下实现高效行走的控制策略提供借鉴.     

静液压步行机器人的设计与运动分析

设计开发的静液压步行机器人是模拟牲畜步行腿结构，采用机电液一体化技术，可实现机体的三角形步态行走和转向功能。6条步行腿两侧对称安装，按三角形步态分两组，即A组提腿，B组压腿。当A组大腿往下压腿时，小腿受地面反作用力往后运动而压缩油缸，油缸把油传到B组小腿的油缸，实现B组小腿的往前踢。转向时，转向一侧的小腿只往后收缩，不往前踢，另一侧的3条腿则保持行走，从而实现转向。小腿的踢腿运动和收缩运动通过静液压系统实现。曲柄连杆步行机构与静液压技术结合，可设计开发出能够负载的步行机器人，可拓展应用于机器人新领域。     

基于反馈控制的仿人机器人步态规划

为了解决仿人机器人离线步态规划中机器人难以跟踪期望步态的问题,建立了仿人机器人的简化三连杆模型,并运用拉格朗日力学对模型进行了动力学分析,包括机器人单腿支撑期和双腿支撑期以及整体步行模型,在此基础上,提出将混杂系统的输出作为机器人的规划步态函数,设计了反馈控制器来实时调整机器人的实际步态。仿真结果表明,所设计的反馈控制器能够很好地调整机器人步态。     

步行康复训练机器人协调控制的研究

为了实现步行康复训练机器人的协调控制,对外骨骼助行腿与跑步机的协调控制以及减重支撑系统与外骨骼助行腿的协调控制,提出了协调控制方法。最后用假人代替真实患者通过实验验证了外骨骼助行腿、跑步机和减重支撑系统之间的协调控制效果。实验结果表明,步行康复训练机器人能够很好的对假人进行减重步行康复训练,外骨骼助行腿、跑步机和减重支撑系统很好地实现了协调控制,同时为进一步对真实患者进行实验研究奠定了很好的基础。     

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。     

Method for six-legged robot stepping on obstacles by indirect force estimation

Adaptive gaits for legged robots often requires force sensors installed on foot-tips, however impact, temperature or humidity can affect or even damage those sensors. Efforts have been made to realize indirect force estimation on the legged robots using leg structures based on planar mechanisms. Robot Octopus III is a six-legged robot using spatial parallel mechanism(UP-2UPS) legs. This paper proposed a novel method to realize indirect force estimation on walking robot based on a spatial parallel mechanism. The direct kinematics model and the inverse kinematics model are established. The force Jacobian matrix is derived based on the kinematics model. Thus, the indirect force estimation model is established. Then, the relation between the output torques of the three motors installed on one leg to the external force exerted on the foot tip is described. Furthermore, an adaptive tripod static gait is designed. The robot alters its leg trajectory to step on obstacles by using the proposed adaptive gait. Both the indirect force estimation model and the adaptive gait are implemented and optimized in a real time control system. An experiment is carried out to validate the indirect force estimation model. The adaptive gait is tested in another experiment. Experiment results show that the robot can successfully step on a 0.2 m-high obstacle. This paper proposes a novel method to overcome obstacles for the six-legged robot using spatial parallel mechanism legs and to avoid installing the electric force sensors in harsh environment of the robot’s foot tips.     

Gait Analysis of Quadruped Robot Using the Equivalent Mechanism Concept Based on Metamorphosis

The previous research regarding the gait planning of quadruped robot focuses on the sequence for lifting o and placing the feet, but neglects the influence of body height. However, body height a ects gait performance significantly, such as in terms of the stride length and stability margin. We herein study the performance of a quadruped robot using the equivalent mechanism concept based on metamorphosis. Assuming the constraints between standing feet and the ground with hinges, the ground, standing legs and robot body are considered as a parallel mechanism, and each swing leg is regarded as a typical serial manipulator. The equivalent mechanism varies while the robot moves on the ground. One gait cycle is divided into several periods, including step forward stages and switching stages. There exists a specific equivalent mechanism corresponding to each gait period. The robot's locomotion can be regarded as the motion of these series of equivalent mechanisms. The kinematics model and simplified model of the equivalent mechanism is established. A new definition of the multilegged robot stability margin, based on friction coe cient, is presented to evaluate the robot stability. The stable workspaces of the equivalent mechanism in the step forward stage of trotting gait under di erent friction coe cients are analyzed. The stride length of the robots is presented by analyzing the relationship between the stable workspaces of the equivalent mechanisms of two adjacent step forward stages in one gait cycle. The simulation results show that the stride length is larger with increasing friction coe cient. We herein propose a new method based on metamorphosis, and an equivalent mechanism to analyze the stability margin and stable workspace of the multilegged robot.     

落叶清扫机器人的研制

针对吸尘式清扫机器人耗能大的问题,设计了一种新型结构的落叶清扫机器人,介绍了机器人的结构设计及控制电路设计。该机器人的两个行走车轮分别由一个直流电机驱动,行走车轮与一个清扫毛刷通过链传动连接,实现了在街道上或花园里行走的同时进行清扫,并将落叶收集于一个容器内。在机器人上还安装了红外传感器,实现了机器人主动避障。测试结果证明,该机器人具有能耗低、可靠性好、操作方便等优点。     

Gait Analysis of a Radial Symmetrical Hexapod Robot Based on Parallel Mechanisms

Most gait studies of multi-legged robots in past neglected the dexterity of robot body and the relationship between stride length and body height.This paper investigates the performance of a radial symmetrical hexapod robot based on the dexterity of parallel mechanism.Assuming the constraints between the supporting feet and the ground with hinges,the supporting legs and the hexapod body are taken as a parallel mechanism,and each swing leg is regarded as a serial manipulator.The hexapod robot can be considered as a series of hybrid serial-parallel mechanisms while walking on the ground.Locomotion performance can be got by analyzing these equivalent mechanisms.The kinematics of the whole robotic system is established,and the influence of foothold position on the workspace of robot body is analyzed.A new method to calculate the stride length of multi-legged robots is proposed by analyzing the relationship between the workspaces of two adjacent equivalent parallel mechanisms in one gait cycle.Referring to service region and service sphere,weight service sphere and weight service region are put forward to evaluate the dexterity of robot body.The dexterity of single point in workspace and the dexterity distribution in vertical and horizontal projection plane are demonstrated.Simulation shows when the foothold offset goes up to 174 mm,the dexterity of robot body achieves its maximum value 0.164 4 in mixed gait.The proposed methods based on parallel mechanisms can be used to calculate the stride length and the dexterity of multi-legged robot,and provide new approach to determine the stride length,body height,footholds in gait planning of multi-legged robot.     

可变形轮腿式机器人行走机构设计与研究

针对当前轮腿式越障机器人的局限性,设计了一种新型的车轮可变结构机器人,该机器人可以在轮腿之间自如切换。介绍了可变结构车轮的工作原理,该机构在平坦地面上运动以轮子模式行走,当遇到障碍物切换为类花瓣模式越过障碍。对车轮在两种模式下的直行与转弯过程进行理论分析,建立了运动学仿真模型,并对模型进行求解。为了验证分析结果,采用Adams软件对车轮的越障过程与复杂路面行走进行了运动仿真。仿真结果表明,设计的车轮结构可行性较高,具有轮式机构的稳定性,同时具有腿式机构较高的越障能力,使机器人可以适应多种复杂的路况环境。     

一种机器人的新型运动方式研究

四轮驱动车体是高压带电清扫机器人的移动载体,它的任务是使高压带电清扫机器人在变电站的拥挤环境中自由移动。针对该车体的尺寸以及机械结构的特点,设计了新型的斜滑移转向、斜直线运动以及摩擦轮制动等运动方式,使得该车体可以在拥挤的变电站中将高压带电清扫机器人移动到任一指定位置,使机器人具备了很高的灵活移动性能。