基于步态规划的四足机器人运动学分析和仿真

利用三维设计软件设计四足机器人的整机结构.对四足机器人进行了数学建模和数学计算,利用公式计算了运动学的正解和逆解,用MATLAB进行了仿真验证对比.对机器人基于对角步态和三角步态进行步态规划,推导和计算了四足机器人四条腿各个关节的转动角度.利用ADAMS进行了步态的仿真,仿真结果符合预期设计.计算和仿真结果为物理样机的...     

下肢外骨骼机器人结构设计与运动稳定性研究

为帮助下肢瘫痪人群恢复行走功能,设计出一款下肢外骨骼机器人。依据人体运动机制对各个关节的自由度进行了设计,确定了主动关节和被动关节类型并选用合适的驱动方式,详细介绍了主要部位的结构设计。论述了机器人的工作机制以及工作方式。建立下肢外骨骼机器人的连杆模型,规划出关节运动轨迹并求解出各个关节旋转运动曲线。利用ADAMS仿真软件将所规划的步态曲线进行仿真分析,仿真结果表明:各个关节运动曲线柔顺平滑,无明显冲击。在一个周期内,与理论计算值相比,各个关节的角度仿真值误差均小于±1.5°,在合理误差范围之内。利用COG理论验证步态轨迹的动态稳定性,证明了所规划的步态曲线的合理性。     

基于下肢假肢的阶梯式变间隙磁流变阻尼器设计

针对下肢假肢步态变化时所需阻尼力大小不同的问题,提出一种基于下肢假肢的新型阶梯式变间隙磁流变阻尼器（MRD）。基于Bingham力学模型设计MRD的两级阻尼间隙宽度及主要结构尺寸,通过ANSYS Maxwell分析其内部磁场分布,采用Simulink仿真输出阻尼力。结果表明：阶梯式变间隙MRD步行时的工作间隙为1.6 mm,最大阻尼力为902.7 N;跑步等其他复杂步态时的工作间隙为0.6 mm,最大阻尼力为2 033.7 N,满足不同步态的阻尼力要求,且该MRD的最大工作电流为0.4 A,极大降低了阻尼器功耗。所提出的阶梯式变间隙MRD具有阻尼力分级输出、可调范围大、能耗低的优点,可代替阻尼间隙固定的传统MRD应用于假肢系统。     

基于Hopf振荡器的船舱检测机器人步态规划研究

船舶等海洋工程装备其舱内具有设备众多、空间受限和结构复杂等特点,传统人工巡检不能解决安全和效率的问题。针对这些问题,结合仿生技术,采用负压吸附和电磁吸附两种吸附方式,设计一种船舱检测的多模式攀爬机器人,该机器人能够在狭小空间运动,并且能够适应不同材质的壁面。基于改进的D-H参数法建立机器人运动学模型,进行运动学正解、逆解的计算;分析机器人运动步态,对比传统的步态控制方法,提出基于Hopf振荡器的机器人步态规划策略;搭建样机控制平台,进行步态控制对比测试。实验结果验证了多模式船舱检测机器人的步态规划的稳定性,为船舶等海工装备新形态检测机器人的研究拓展了新的思路。     

气动软体管道机器人步态规划与实验

采用自主研发的2种软体驱动器研制一种气动柔性管道机器人,并根据作业任务,规划两种运动步态,分别是快速移动步态和载荷作业步态;利用运动学实验平台进行机器人的运动实验,验证了步态的合理性与准确性。结果表明:应用规划的步态,机器人可在不同工况下、不同截面形状和直径的管道内爬行,高效稳定地完成作业任务;快速移动步态下机器人最大速度可达5.50 mm/s,载荷作业步态下机器人最大负载能力为10 N。     

农用下肢外骨骼机构设计及仿真分析

我国大多数地区的农业生产仍有生产者手工完成,人工劳作不仅效率低而且负担重、工作量大。基于此,提出并设计了一种农用的下肢外骨骼机构。该机构旨在帮助人们更好、更快地完成农业生产。完成了8自由度(单腿)下肢外骨骼机械的结构设计;利用UG软件建立了该机构的三维模型;基于ADMAS软件对其进行了运动仿真分析;并根据仿真的结果来验证所设计外骨骼机构的合理性。     

基于时间最优的搬运机器人运动规划

为了提高搬运机器人在码垛过程中的速度和运动平稳性,在其关节空间内,以时间最短为规划目标,采用三次样条曲线对搬运机器人的运动轨迹进行规划,保证其速度,加速度连续;针对搬运机器人的特定的工作方式和特定的机械结构,在传统的PTP运动模式基础上提出一种基于时间最优的规划方法,对机器人整个码垛过程进行再规划。通过实验验证,运动优化后,其码垛速度大大提高。     

基于Hopf振荡器的一种中枢模式发生器研究

选用通用的Hopf振荡器为神经元构造了一种新型的生物神经中枢模式发生器单元模型,解决了现有关节式仿生机器人关节驱动振荡信号波形不可调控的问题.该模型具有动态特性并采用非线性方程(组)描述动力学行为,包括总和效应、阈值效应、适应性(疲劳)、兴奋与抑制、延时等特性.     

基于步态规划的六足机器人运动学分析与计算

分析六足机器人的侧倾、俯仰、偏航变化情况,验证步态规划的正确性。对设计的六足机器人进行运动学分析,计算机器人运动学的正解和逆解,分析六足机器人运动的时序图,利用五次多项式对机器人足端轨迹进行步态规划。在ADAMS中对机器人进行了运动仿真,得到了运动过程中的RPY角。最后制作了六足机器人样机,测试运行过程中的RPY角。仿真和样机测试结果表明：机器人在步态运动过程中,RPY角度在前进方向上误差最大不超过1°,验证了运动学计算和步态规划的正确性。     

从动轮式机器人运动规划的研究

从驱动原理和腿轮结构上来说，从动轮式移动机器人-溜冰机器人同一般轮式机器人有较大不同，它简化了轮式机器人腿轮结构，增加了轮式机器人灵活性和机动性、本文对溜冰机器人的运动步态进行了研究，为今后进一步研究打下了基础。     

下肢假肢关节电机的运动控制研究

结合四连杆机构和磁流变阻尼器设计一种新型磁流变阻尼下肢假肢。通过Opensim软件仿真,获得下肢关节角度曲线。为实现关节电机对关节角度曲线的轨迹跟随,以关节角度曲线为目标轨迹曲线,结合LabVIEW和STM32搭建关节电机实验测试平台,对下肢假肢关节电机进行运动控制研究。结果表明：关节实际轨迹与目标轨迹的误差不超过3.5°,关节电机的跟随效果较好。     

基于耦合的Vitual Lab Motion & AMESim的下肢外骨骼机电液系统建模及仿真分析

利用Virtual Lab Motion对下肢外骨骼进行了结构建模。依据现有的临床步态分析数据——关节角度随时间的变化关系,通过运动学分析逆向得出所设计系统各个液压缸的理想控制曲线,即液压缸位移随时间的变化关系。依据仿真得到的力臂及液压缸速度可对电液系统的压力和流量进行估算,利用Virtual Lab Motion与AMESim的耦合仿真验证了系统的合理性。     

下肢外骨骼康复机器人刚柔耦合分析与仿真

下肢外骨骼康复机器人的组成连杆在辅助人类运动的时候会因为自身柔性发生弹性变形,会影响到整个行走轨迹的位置精度和控制的实时性与准确性。针对所设计的下肢外骨骼康复机器人,首先通过步态仿真验证模型的正确性,然后建立其刚柔耦合动力学模型。在刚柔耦合动力学模型的基础上,通过ADAMS和ANSYS完成摆动期阶段内的刚柔耦合动力学联合仿真,得到其动态变形误差数据。结果表明：在Y方向、Z方向位移误差和整体位移误差分别在-38～3.6 mm、-7.5～3 mm、-6～14.5 mm内波动,与其他两方面相比,Y方向上的位移误差最大,在误差允许的范围内。验证了下肢外骨骼康复机器人刚柔耦合模型的正确性与合理性,为后续的结构优化和控制系统的设计提供了参考依据。     

微动反馈运动控制下肢康复机器人设计与研究

针对下肢运动障碍的患者数量逐年增多,设计了一种微动反馈运动控制下肢康复机器人。根据下肢康复训练的要求,完成了机器人的整体结构设计,进行了运动学及动力学分析。同时针对微动反馈运动控制策略进行了研究,利用患者人体的主动运动意识产生的微动实时反馈参与运动控制。这种运动控制方法进一步提高了下肢的康复效果。     

基于步态规划的四足机器人运动学分析与研究

对四足机器人进行运动学建模和分析,推导运动学的正解和逆解;然后基于五次多项式对机器人足端轨迹进行了步态规划,计算了四足机器人对角步态和三角步态的驱动函数。在仿真软件ADAMS中对三角步态和对角步态进行仿真。最后制作了样机,并对样机进行了测试。通过研究三角步态和对角步态的仿真结果和样机测试结果,验证了理论推导计算的正确性。     

基于ROS的机械臂运动规划研究

为提高多自由度串联机械臂在作业过程中的工作效率及安全性问题,提出一种基于ROS平台的机械臂运动规划方法。以ABB机器人为研究对象,进行正逆运动学分析。通过MoveIt配置包构建机器人的三维可视化模型,对机器人进行笛卡尔空间下的直线和圆弧规划实验。为提高机器人运动安全性和关节运动的平滑性,自定义一种线性插补算法后集成到MoveIt中进行运动仿真实验。实验结果显示机器人各关节运动轨迹平滑,稳定性高,表明此插补算法的可行性。最后进行机械臂的避障仿真实验,在MATLAB中对快速扩展随机树（RRT）算法和双向快速扩展随机树（RRT-Connect）算法进行对比实验,仿真证明：RRT-Connect算法速度快,路径短,更能提高机械臂在复杂路径下的规划效率。     

基于气动肌肉驱动的下肢康复机器人设计与仿真

为实现气动肌肉在多自由度康复机器人中的应用,设计一种用于步态康复训练二自由度下肢康复辅助训练机器人,驱动器由气动肌肉和拉伸弹簧并联驱动关节以实现节能辅助行走。建立人体下肢运动学和动力学模型,并以标准CGA步态曲线作为关节输入,通过SolidWorks/Motion进行运动学仿真,验证所设计的模型符合人体下肢运动规律。针对气动肌肉伸展时存在非线性使得关节控制困难,提出了模糊自适应PID控制算法。在MATLAB/Simulink中进行仿真控制实验,仿真结果表明：相比传统PID算法,模糊PID自适应控制算法使外骨骼达到更好的跟随效果。最后通过实验平台验证了模糊PID自适应控制算法能够满足患者主动康复训练的需求。     

基于DDPG的下肢康复机器人轨迹跟踪控制

针对脑卒中患者在被动训练阶段使用下肢外骨骼康复机器人的高精度轨迹跟踪控制问题,以下肢外骨骼康复机器人为研究对象,提出一种基于深度确定性策略梯度的PD控制方法。采用Vicon三维动作捕捉系统采集正常人体步行的关节角度作为期望关节角度轨迹并建立下肢外骨骼机器人的动力学模型。该方法根据每次的误差输入以及与动力学模型交互获得奖励值而动态更新自身网络参数,从而自适应输出最佳的PD参数值。仿真结果表明：相较于传统PD控制,该方法髋、膝以及踝关节的跟踪误差平均减少9.4%,误差呈收敛趋势并趋于0,说明该方法可以有效地跟踪期望关节角度轨迹并具有良好的跟踪控制精度,保证患者的康复效果。