仿袋鼠机器人腾空阶段跳跃运动特性研究

针对袋鼠生物体结构及其腾空阶段的运动特点，提出了仿袋鼠跳跃机器人腾空阶段的运动特性分析方法。采用D—H法建立了仿袋鼠跳跃机器人腾空阶段的运动学分析模型，基于拉格朗日方法推导了其腾空阶段的动力学方程，最后利用MATLAB结合实例对此模型进行了仿真分析。结果表明，仿袋鼠跳跃机器人的髋关节和膝关节对于整个机器人的空中姿态调节有着决定性的作用。研究结果为仿袋鼠跳跃机器人的试验研究和驱动器的选择提供了理论参考。     

考虑柔性腰部的仿猫机器人落地冲击分析

针对四足机器人从空中无意跌落或被空投时的安全着陆问题,提出了一种考虑柔性腰部的仿猫机器人机构模型,分阶段讨论了机器人的受力和运动情况;采用拉格朗日函数在能量分析的基础上建立了动力学方程;根据动量矩定理,结合经典碰撞理论,建立了碰撞过程中的动力学方程;建立了仿真模型,分析腰部扭簧对落地冲击的影响。仿真结果表明,腰部增加扭簧可以降低前、后腿触地的反作用力,前、后髋关节主动力矩,前、后腿触地时质心竖直加速度,并且使各变量变化更平缓,因此得到更好的落地缓冲性能,并研究了腰部扭簧的弹性系数和阻尼系数与各变量的变化关系。计算了不同弓背角度及前、后腿高度差情况下的地面反作用力、质心竖直加速度。结果表明,增大弓背角度可以减小质心竖直加速度,改变前、后腿高度差会改变前、后腿的地面反作用力分布。该文为进一步研究仿猫机器人的结构设计和落地的控制策略奠定了基础。     

仿袋鼠柔性跳跃机器人的驱动力特性研究

依据袋鼠生物体的运动结构和跳跃运动特点，利用扭转弹簧模拟其关节柔性和肌肉的储能作用，提出仿袋鼠柔性跳跃机器人的伪刚体机构模型。应用凯恩法建立仿袋鼠跳跃机器人的动力学方程。基于MATLAB6．5，结合实例对机器人的运动和驱动力特性进行了仿真分析。分析结果表明：利用柔性机构可降低仿生跳跃机器人跳跃运动所需关节驱动力和能量消耗，同时也揭示了袋鼠跳跃运动快而耗能低的规律。     

仿袋鼠跳跃机器人机构逆动力学分析

抽象了仿袋鼠跳跃机器人多刚体机构模型，在此基础上，应用凯恩方法建立了仿袋鼠跳跃机构动力学方程，给出了袋鼠跳跃机器人运动过程各关节的驱动力矩的计算公式。并用MATLAB进行实例计算及仿真。     

仿落猫机器人嵌入式控制系统设计

机器人在未知复杂环境下作业时,有从高处跌落的风险,所以需考虑其空中姿态调整能力,减轻由错误的着陆方式造成的伤害。针对机器人空中不能借助外力使其翻转的难点,仿照猫从空中跌落可安全着陆的特性,研究仿落猫机器人空中姿态调整的下落轨迹问题。基于ARM Cotex-M3内核的嵌入式芯片建立了机器人控制系统,对仿落猫机器人轨迹规划进行了仿真分析,并对实物样机进行了多次自由落体试验。结果表明,机器人在下落过程中机身各个角的变化符合预期,所设计的嵌入式控制系统能较为精确地控制仿落猫机器人运动,实现了空中翻转。该小型嵌入式控制系统具有运算处理快、外设可扩展性和存储能力强的优点,满足了仿落猫机器人智能算法、低功耗运动的要求。     

仿青蛙机器人运动学分析

提出了一种仿青蛙机器人的机构模型及其运动学分析方法。基于青蛙生物结构的对称性,建立了仿青蛙机器人机构的平面机构模型;获得了该机构的运动学方程正反解和机器人跳跃过程中姿态调整的位姿与输入关节角的关系,分析结果符合青蛙跳跃的一般规律,最后通过实例计算进行了数字仿真验证。     

气压式仿人机器人的腰部设计与运动仿真

提出了一种新型的气压式仿人机器人腰部机构,它具有结构简单和运动稳定的特点。气压式仿人机器人腰部的运动受到手部、头部和腿部等关节力矩的影响。在对机器人进行简化之后,依据高效-欧拉算法,对该仿人机器人进行整体建模,导出腰部俯仰和侧转关节的动力学模型。从动力学上分析,机器人腰部手部和腿部的运动以及外力(矩)等的影响。在Pro/e3.0上建立仿人机器人腰部结构模型,然后导入ADAMS中进行动力学仿真研究,验证了该模型的正确性。     

仿袋鼠机器人跳跃运动步态的运动学

提出了仿袋鼠跳跃机器人机构模型及运动学研究的方法。基于对袋鼠的运动结构及录像资料的研究,提出了仿袋鼠机器人单腿四杆跳跃机构的分析模型,采用D-H法,建立了机器人着地与腾空两个阶段的运动学方程, 进行了正运动学研究,给出了机器人在跳跃过程中的运动位姿及躯干质心的运动轨迹表达式,并利用雅可比矩阵建立了机器人躯干质心与关节之间的微分运动关系及速度分析方法。采用Matlab编程,结合实例对机器人进行了运动仿真运算,对结果进行了分析讨论,解释了袋鼠跳跃运动跃远度大而耗能低和运动稳健的运动机理。研究结果与录像观察和生物学实测研究结果相吻合,从而证明了这一仿生跳跃机构模型的可行性和仿生机构运动研究方法的有效性。     

轮式移动宜人机器人可变刚度腰部机构设计

轮式移动宜人机器人是一个仿人机器人技术研究平台,它由正交轮式移动平台、腰部、双臂、躯干及头部组成。仿人机器人腰部的构成对其运动学、动力学性能起着重要的作用。分析了目前仿人机器人腰部机构存在的问题,提出了一种具有可变刚度特征的仿人机器人腰部设计方案。设计方案使仿人机器人具有良好的柔顺性,提高了机器人与人协作时的安全性、稳定性和抗干扰能力。着重分析了腰部机构的运动学、动力学以及可变刚度特性。     

仿人机器人发展现状及其腰部机构研究

仿人机器人目前已成为机器人领域的研究热点问题之一。本文对仿人机器人目前的发展现状进行了综述,介绍了腰部机构在仿人机器人的作用以及具有不同结构特点的腰部机构。介绍了一种新型的两个自由度的并联差动驱动的腰部机构,并进行了运动学分析及PID控制下的响应特性分析。实验结果表明,该机构具有较快的响应速度和较好稳态精度。     

仿袋鼠跳跃机器人运动和力传递性能研究

在仿袋鼠机器人机构模型的基础上,建立了跳跃过程着地阶段的运动学方程;通过关节空间与操作空间速度的变换关系,定义仿袋鼠机器人跳跃运动速度和力方向可操作度;以速度和力方向可操作度为性能指标,度量仿袋鼠跳跃机器人在操作空间中的运动和力传递性能,解释了袋鼠起跳瞬间小腿与地面垂直是为了保证有足够的运动和力传递的灵活性。     

一种稳定跳跃型机器人的设计与空中姿态控制

针对现有跳跃机器人跳跃时空间姿态旋转问题,从结构与运动控制上入手,设计一种稳定跳跃型机器人。基于弹簧倒立摆跳跃模型在平行四杆机构的基础上设计了一种新型八连杆机构,并利用离合式行星轮结构设计了一种靠卷绳实现能量蓄积与释放装置。利用拐点圆及最小残差理论对末端轨迹进行了近似直线优化处理,并建立了跳跃结构的运动学、动力学模型,进行了跳跃仿真测试。设计了基于模糊PID控制理论的双闭环反馈控制系统,并搭建联合仿真模型从结构动力学及姿态控制系统上进行整体仿真测试。结果表明机器人具备结构上的稳定起跳基础,并通过空中姿态控制实现跳跃后稳定姿态的保持,整体实现了稳定跳跃。     

液动仿袋鼠弹跳机器人单腿动力学分析及仿真

提出了液压能驱动的仿袋鼠跳跃机器人驱动方案,并采用拉格朗日方法建立了袋鼠四自由度单腿跳跃的动力学方程。在此基础上,依据袋鼠跳跃的运动数据,按照所建立的动力学方程求得了一个运动周期内三个关节液压缸的驱动力的变化规律。建立了仿袋鼠机器人的模型并依据求得的仿袋鼠跳跃机构驱动力的变化规律,进行了运动学及动力学仿真。与袋鼠跳跃运动录像资料所得数据进行了对比分析,证实了所提出的驱动方案的可行性以及所建模型的正确性。     

基于ZMP法的仿袋鼠跳跃机器人着地阶段运动稳定性分析

基于仿袋鼠跳跃机器人五刚体机构模型,运用拉格朗日法,建立了跳跃机器人系统着地阶段的动力学方程,采用ZMP法研究了仿袋鼠弹跳机器人的运动稳定性,提出了其着地运动稳定裕度的计算方法和判据;采用Matlab仿真工具,结合实例分析,对机器人着地阶段各关节驱动力矩以及ZMP点的变化情况进行了仿真,并提出了改进刚性模型着地运动稳定性的方法。仿真结果表明:ZMP法在此模型上分析是有效的。     

欠驱动三刚体仿袋鼠跳跃机器人落地冲击分析

根据袋鼠的生物结构特性,建立了液压驱动的欠驱动仿袋鼠跳跃机器人三刚体模型.利用拉格朗日方法建立了机器人在着地阶段的动力学方程及主、被动关节动力学耦合方程,利用Maple 15进行符号计算得出耦合因子.结合实例,应用Matlab7.0分别对碰撞力、地面的反作用力、系统动能、及总质心在y方向上的位移变化进行了计算和仿真;并与全驱动的仿袋鼠跳跃机器人刚性模型进行了对比分析.还通过跳跃机器人两种模型的跳跃模拟对比实验,用加速度传感器测得落地冲击时质心加速度曲线.结果表明:弹性元件的引入有效地起到了缓冲的作用,减轻了着地时机器人与地面的振动和冲击,提高了跳跃机器人的落地稳定性,节省了系统损耗的能量.     

仿蟋蟀机器人跳跃运动学研究

基于对蟋蟀的身体结构及运动的研究,提出了仿蟋蟀机器人跳跃机构的分析模型,采用D-H法,建立了机器人着地阶段的运动学方程,给出了机器人在跳跃过程中的运动姿态及躯体质心的运动轨迹表达式,建立了机器人躯体质心与关节转角间的微分运动关系及速度分析方法.结合实例对机器人进行了运动学仿真并对结果进行讨论.研究结果与生物学实测结果相近,从而证明了仿生跳跃机构模型的可行性和运动分析方法的有效性.     

仿蟋蟀微型机器人起跳过程驱动力特性的研究

针对蟋蟀生物体的结构和跳跃运动特点,利用扭转弹簧模拟其腿部关节柔性和肌肉的储能作用,得到了具有关节柔性的仿蟋蟀跳跃机器人的机构模型。应用拉格朗日法建立机构在着地阶段起跳过程中的动力学方程并对驱动力特性进行了仿真分析。结果分析表明:FT关节的驱动力矩大约是BF关节和TT关节的近3倍,因此FT关节的驱动力矩是完成跳跃的决定因素之一;利用柔性机构可降低跳跃运动所需关节驱动力矩和能量的消耗。     

仿袋鼠机器人分布式柔性脚的设计与研究

根据袋鼠的生物结构特征,建立了具有柔性脚的仿袋鼠跳跃机器人的刚柔混合模型。利用柔性机构易于实现连续光滑变形及质量轻,易于控制等特性,将其应用于仿生跳跃机器人领域,来实现跳跃机器人在不同跳跃速度下的脚部轮廓变形。文中根据跳跃机器人在不同跳跃速度下的脚部轮廓曲线,以连续体结构拓扑优化为出发点,建立多目标优化函数,采用移动渐近线法,实现脚部的拓扑结构优化。结合实例仿真结果表明:具有柔性变形能力的柔性脚有助于提高机器人在着地过程中的落地稳定性,增大起跳时间和调整起跳角度,并有效地起到缓冲和储能作用。     

仿袋鼠跳跃机器人着地阶段的动力特性研究

根据袋鼠的生理结构及运动特征,提出了仿袋鼠跳跃机器人的单腿模型,建立了相应机构在着地阶段的运动学和动力学方程.结合实例,用MATLAB计算了机器人在着地阶段关节力矩和地面作用力随时间变化的规律,并对其进行了分析和讨论.结果表明:踝关节的输入力矩是膝关节的2.5倍,是髋关节的6倍,因此踝关节的驱动力矩是整个机器人完成跳跃的决定因素之一.此动力学研究结果为仿袋鼠跳跃机器人的设计分析及跳跃运动的精确控制提供了理论基础.     

基于自适应结构的仿袋鼠机器人脚部研究及设计

根据袋鼠的生物结构特征,建立了仿袋鼠跳跃机器人的刚柔混合模型。利用自适应结构的可控性,将其应用于仿生跳跃机器人领域,来实现跳跃机器人在不同跳跃速度下的脚部轮廓变形以及在跳跃过程中脚部的变形。在SolidWorks中建立自适应结构脚的三维模型,运用拉格朗日方法建立机器人动力学方程,在此基础上,用ZMP法建立其落地稳定性的求解方程。结合实例仿真结果表明:具有自适应结构的变形脚有助于提高机器人在着地过程中的落地稳定性,增大起跳时间和调整起跳角度。