足端
- 足式机器人足力及平衡控制方法设计
过机身全向运动和足端轨迹算法实现。位置控制内环使用基于关节转角的PID 控制器来维持机器人的基本转角控制。当机器人腿部由摆动状态进入支撑状态时，通过力传感器实时采集的足端受力，以阻抗控制器实现对足端受力的实时控制，同时通过IMU 采集的机身高度和机身姿态数据利用PID 控制机身，这三环反馈控制共同作用实现在触地过程中受力稳定，机身平稳，高度可控的运动效果。2.足力控制方法一般而言，地面模型可以简化为单自由度的质量-弹簧-阻尼系统[3]，模型如图2所示。但是
中国科技纵横 2023年6期2023-05-30
- 基于MATLAB 和Adams 的四足机器人步态规划设计
；O3点为机器人足端脚尖位置，它作为坐标系{O3}的原点，位于沿着坐标系{O2}的Z 轴方向平移L2位置。机器人的D-H 参数表2 所示。建立模型如图3。图3 机器人的腿部建模和整体结构建模表2 机器人单腿D-H 参数表其中，ai-1为两旋转轴的公共法线的距离；αi-1为垂直于ai-1所在平面内两旋转轴的夹角；di为两连杆之间的距离；θi为两连杆公垂线的夹角[3]。2 运动学原理2.1 运动学基本概念步态是指机器人步行过程中，每条腿按照一定的规律运动，各腿
科学技术创新 2023年5期2023-03-30
- 可重构闭链步行平台的设计与越障策略研究
引言足式机器人足端与地面离散接触，具有良好的地形适应能力，面对山地、丘陵等非结构化路面，可代替人类完成侦察、排爆、救援等艰难任务[1]，在山地物资运输和灾难救援等领域具有广阔的应用前景[2]。足式机器人腿部结构有开链式和闭链式。开链式腿机构移动平台具备突出的机动性能，如波士顿动力公司研发的BigDog[3]、SpotMini[4]和LS3，其中BigDog采用液压驱动，自重154 kg，负载50 kg，最快移动速度为11.16 km/h；SpotMini
中国机械工程 2023年5期2023-03-22
- 一种仿生四足机器人腿部机构的运动学分析与验证
并联机构机械腿的足端与动力输入端存在多条支链，使得机械腿的结构更加稳定，具有更强的负载能力，但工作空间相对较小［10］。串并混联机构机械腿同时综合了串联机构和并联机构的优点，既具有较高的承载能力，运动的灵活性也相对纯并联机构要强，可以得到较好的运动学与动力学性能［11］，因此有研究人员将串并混联机构引入四足机器人腿部构型中，如文献［12］开发的三种串并混联式机械腿，并在样机的基础上证实了串并混联机械腿的优越性。为拓展串并混联机构在四足机器人中的应用，这里提
机械设计与制造 2023年2期2023-02-27
- 四足机器人腿部结构设计与分析
tlab对机器人足端的运动空间进行分析，绘出足端运动空间云图。最后，通过速度分析和静力学分析，得出机器人各个关节的额定转矩，验证该机构的可行性。四足机器人；结构设计；运动学分析；静力学分析引言随着人类文明的进步，人们在执行一些危险性较高、难以执行的任务时，更希望通过机器人代替人们来执行，如在抗震救灾、高空作业、污染土壤水质取样等许多方面。其中，四足机器人凭借其优越的避障能力，高效的机动性，超高的灵活性，越来越受到人们的青睐[1]。然而目前四足机器人的负载重
大众科技 2022年11期2023-01-31
- 改进模糊算法的六足机器人自主导航研究
2]。因此对单腿足端运动学分析尤为重要。基于单腿足端运动学分析，求解出足端工作空间，采用复合摆线作为足端运动轨迹，由此计算得出的越障最大高度将作为六足机器人移动方式选择的重要参考。采用双目视觉图像尺寸测量的方法来获取障碍物高度信息，该方法使用双目相机拍摄航向障碍物，获取左右相机对应的两张图片，获取障碍物顶部和底部匹配点并根据视差计算测量点的空间位置，准确地测定被测点之间的距离，即障碍物的高度信息[3−4]。针对于六足机器人面对不可逾越障碍物的避障问题，模糊
机械设计与制造 2022年12期2022-12-30
- 基于三次贝塞尔曲线的轨迹规划方法
高的研究价值。而足端轨迹研究则是四足机器人运动的基础。对四足机器人建立了简化模型，并对单腿的运动学和动力学进行建模。然后在运动学上根据弹簧负载倒立摆模型选取落脚点，轨迹上选取三次贝塞尔曲线进行改进由弹簧负载倒立摆模型和三次贝塞尔曲线生成足端轨迹，弹簧负载倒立摆模型获取足端落地平衡点保证机器人支撑相与摆动相切换时的平稳。三次贝塞尔曲线结合地形生成规避障碍物的足端轨迹，对曲线生成方式进行改进使其符合零冲击步态的规划，在动力学上应用拉格朗日方程获得了驱动力矩与足
数字技术与应用 2022年11期2022-12-05
- 基于Bezier 曲线的四足机器人Trot 步态优化
个部分。合理规划足端轨迹有助于减小机器人触地时的冲击，减少对机体的伤害；而且足端轨迹对机器人的稳定性有着非常大的影响。关于足端轨迹规划的方法，田俊等[9]提出了一种基于五次多项式的静步态足端轨迹，五次多项式规划足端轨迹能够保证加速度连续过度，缺点在于加速度处于不断加速减速的过程中，容易出现加速度过大的问题。马慧姝等[10]人利用相机拾取生物犬步行时的足端数据点，再通过三次B 样条曲线拟合的方法形成足端轨迹，但规划的轨迹曲线不经过拟合数据的原始点。Liu C
湖南工业大学学报 2022年5期2022-12-03
- 空间黏附足式爬行机器人的稳定性判据及蠕动步态
黏附力成为机器人足端与航天器稳定接触的关键。工业中常使用的真空吸附、电磁吸附、湿黏附等接触方式均无法在空间中使用，而基于范德华力的干黏附材料适用于真空条件和多种材质的表面，因此，干黏附足式爬行机器人在空间应用方面得到了广泛关注。2000年Autumn等发现壁虎能够在各种表面上稳定黏附是其脚掌上数百万根长度为30～130 μm的刚毛产生范德华力累积的结果。2014年，俄罗斯Barabanov等使用“Foton-M4”科学实验卫星搭载了5只壁虎进入外太空，验证
宇航学报 2022年9期2022-10-15
- 外骨骼足端人机接触力测量装置研究
奠定基础。可见，足端人机接触力测量，是解决下肢外骨骼机器人与人体交互运动灵活性的关键。足端人机接触力测量装置的设计主要面临以下挑战：首先是足地接触状态复杂，足跟触地、脚掌着地和足趾触地等多种支撑状态，以及路面凹凸不平引起的足底支撑点无规律变化，对测力装置的适应性提出较高要求；其次是人在行走过程中，趾关节存在背屈/跖屈运动，如果采用刚性鞋底结构，将导致穿戴者趾关节无法弯曲，影响行走稳定性和体能消耗[7]；同时外骨骼机器人是穿戴式装备，过重、过厚的鞋底严重影响
机械与电子 2022年9期2022-10-14
- 面向未知地形的四足机器人足端轨迹优化
;利用传感器获取足端接触点的地形来调整机器人姿态的方法,不足之处在于只能探测接触过的地形,仍然要依赖机器人控制系统的快速性[11]。以上研究始终依靠四足机器人的快速反应和调整来适应未知地形对机器人的冲击,不能从根本上减小对机器人的冲击。为此,本文提出一种面向未知地形的四足机器人轨迹优化方法,将不同地形下的理想足端轨迹分段融合,得到适应多种地形的足端轨迹。1 四足机器人受力分析研究本体为斯坦福的四足机器人Doggo。Doggo采用并联式腿部结构,每条腿具有两
青岛大学学报（自然科学版） 2022年3期2022-09-05
- 四足机器人五杆单腿机构性能分析及轨迹规划
，同时具有较大的足端工作范围［2］。针对这些设计要求，目前常见的四足机器人腿部构型有串联式、并联式以及混联式三种，针对不同的构型其具有不同的特性。其中，串联式多为开环关节连杆机构，由大腿、小腿以及髋关节组成，仿照四足动物腿部关节的布置形式有膝式与肘式两种［3］，如国外某公司开发的Little Dog、Big Dog 等系列机器人，腿部构型均采用串联机构，具有较块的移动速度，为提高其承载能力采用高输出功率的液压驱动方式［4］，从而导致机器人单腿质量较大。对于
机械设计与制造 2022年8期2022-08-19
- 四足机器人足端复合轨迹的优化与性能分析*
点问题，而良好的足端轨迹可以增加四足机器人对复杂地形的适应性和稳定性，因此四足机器人的轨迹规划是研究的重要问题［1-3］。四足机器人的轨迹规划通常是在笛卡尔空间或关节空间中进行的，并且两者之间存在着映射关系。笛卡尔空间轨迹规划能直观了解足端的运动轨迹，但求解关节转角的逆运动学计算量很大。关节空间轨迹规划常采用插值的方法，在运算方面有着较好的优越性［4-5］。常见的足端轨迹有摆线轨迹和多项式轨迹等方式［6-8］。Yoshihiro Sakakibara 等提
中山大学学报(自然科学版)(中英文) 2022年4期2022-08-05
- 基于四足机器人的全向运动控制与仿真
析了四足机器人的足端轨迹规划和全向运动的基本控制算法和动态仿真方法。1 四足机器人的运动学研究四足机器人的运动学主要研究机器人在空间中的位置、姿态和足端相对身体之间的运动关系。主要分为从关节角度控制量解算足端运动特性的正运动学和根据足端运动规划求解关节角度驱动的逆运动学分析。同时包括位置、姿态、速度、加速度等方面的分析[5-6]。1.1 动力学建模通过对四足哺乳动物身体结构的仿生学等效得出了简单四足机器人结构如图1所示。每条腿由大腿、小腿和足三个部分组成，
火控雷达技术 2022年2期2022-07-22
- 四足机器人足端复合轨迹运动特性研究*
势[2]。合理的足端运动轨迹规划不仅能保证四足机器人运动效率，还能提高机器人运动平稳性[3]，因此针对四足机器人足端轨迹规划和运动特性进行研究，具有十分重要意义。国内外对四足机器人的足端轨迹规划研究，基于机器人在平地运动平稳性上考虑多选用简单的摆线函数[4]、多项式函数[5]、椭圆函数[6]等完整统一的曲线规划足端轨迹。本文将综合考虑机器人运动平稳性、运动效率、地形适应能力等方面因素，对机器人足端轨迹进行设计，以运动效率较高的对角步态运动方式在Adams和
现代机械 2022年3期2022-07-11
- 组合式陆空两栖机器人的运动规划与仿真
底轨迹，使用这种足端轨迹可以使足端在落地时的冲击为零。文献[7]通过椭圆足底轨迹得到了机器人对角运动步态，满足实际样机行走需求。而采用贝塞尔曲线为足端轨迹，让机身进行匀速直线运动，使机器人实现walk步态。该方法在ADAMS仿真环境下获得了较好的运动效果，进而验证了规划的可行性。2 陆空两栖机器人构型方案2.1 结构特点组合式构型方案是将四旋翼飞行器和四足步行机器人功能进行结合，使其兼具四旋翼飞行器的灵活性和四足步行机器人的超强地面适应能力。它们可以实现结
机械设计与制造 2022年6期2022-06-28
- 一种平面闭链腿式机构的尺度参数优化设计
言腿式机器人采用足端离散接触地面的方式跨越障碍，对非结构化环境具有很好的适应性，因此在空间探索、战场侦察、抗灾救援等方面具有良好的应用前景[1-3]。其中，基于平面多闭环连杆机构的腿式机器人具有控制简单、可靠性高等特点，引起了学术界的广泛关注[4-7]。在过去的几十年中，研究人员提出了众多闭链腿式机构[8-12]，如Chebyshev机构、Klann机构、Theo Jansen机构(TJL)等。在此类机构中，TJL可以生成与步行哺乳动物相似的足端轨迹，且该
中国机械工程 2022年11期2022-06-22
- 基于R+(3-CPR)+U混联机构的四足机器人运动学分析及轨迹规划
器人在移动过程中足端与地面保持平行，可减缓对土壤的压实。串并混联机构兼具并联机构和串联机构的优势，在足式移动机器人领域的应用越来越多[4-5]。王晓磊等[6]设计了一种串并混联四足移动机器人，采用 Lagrange 方程建立了机器人腿部的动力学模型，对该机器人进行了动力学分析；高建设等[7-8]通过3-RRR机构串联转动机构作为机器人的腿部结构，设计了一种四足移动机器人，采用D-H法求解了机器人腿部机构的位置反解，并通过ADAMS软件进行了动力学仿真分析；
机械设计与制造工程 2022年4期2022-05-17
- 基于Simulink/SimMechanics的四足机器人足端轨迹规划及动态仿真分析
人步态运动规划，足端轨迹规划的研究成为当今众多学者研究的热点，而足端轨迹规划的好坏直接影响了四足机器人运动的平稳性，机构的使用寿命等。目前应用比较广泛的足端轨迹规划函数有多项式运动轨迹、椭圆运动函数、摆线运动函数等[2]，为了足端轨迹能更好的适应环境变化，很多研究者都会对这些函数进行改进。例如，日本学者Yoshihiro SAKAKIBARA[3]等人对正弦函数存在的缺点进行改进，提出了在前进方向和竖直方向上的加速度采用正弦函数的方法；韩国汉阳大学的Kye
制造业自动化 2022年4期2022-05-12
- 基于最优时间间隔的足式机器人足端轨迹规划＊
210031）足端轨迹直接影响足式机器人的运动平稳性[1-2]，是国内外学者的研究热点。利用笛卡尔坐标表示的足端轨迹易于实现地面接触检查、避障等功能[3-4]，因此目前足端轨迹规划研究主要集中在足端轨迹曲线对运动平稳性的影响。如Cho J等[5]考虑到地面对足端的支持力影响，对垂直地面方向的足端轨迹曲线进行了规划，提高了机身稳定性。Chae K G等[6]优化了gallop步态的腾空相轨迹，降低了运动能耗。王立鹏等[7-8]提出一种零冲击的足端轨迹规划改
制造技术与机床 2022年5期2022-05-12
- 一种新型轮腿四足机器人腿部机构结构参数优化*
电机3驱动,控制足端的前后和上下移动,整条腿共有3个自由度;轮子安装在膝关节处,由电机4进行驱动,电机4通过同步带传动驱动轮子实现轮式行走。2 腿部机构运动学分析对腿部机构进行运动学分析是研究四足机器人的基础。因此,此处笔者选取机器人的左前腿为研究对象,进行其腿部机构位置正、反解分析。腿部机构简图如图3所示。图3 机器人腿机构简图r1—杆OA长度,mm;r2—杆BC长度,mm;r3—杆AP长度,mm;r4—杆OA长度,mm;l1—杆AD长度,mm;θ0—O
机电工程 2022年4期2022-04-22
- 多足机器人单腿运动学分析*
卡洛数值分析法对足端工作空间进行仿真分析；第五节，对全文进行总结。1 正运动学求解机械腿的正运动学求解：已知连杆几何参数及各关节转角，求足端位置[9]。首先对机械腿进行模型简化，再采用D-H建模法[10]对该机械腿建立各连杆坐标系，如图2所示。然后确定D-H参数，如表1所示。表1 机械腿D-H参数图2 机械腿的连杆坐标系根据连杆坐标系间的变换矩阵，可得腿部连杆坐标系间的变换通式将表1中的数据代入（1）中，可得到连杆L1、L2和L3对应的坐标变换矩阵。并且足
南方农机 2022年7期2022-04-12
- 基于5次NURBS的六足机器人足端轨迹规划
作空间内，机器人足端行走过的路径比较直观，容易观察，但是该方法未考虑运动的奇异性，运动需要经常计算逆解；二是在关节空间中，通过运动学逆解方程，将笛卡尔空间中腿部所处的位置时间序列与其关节空间中的位置时间序列相对应，该方法对关节的角速度和角加速度有一定程度上的约束，还避免了运动奇异性[1]。在实际研究中，轨迹规划有多种方法，例如梯形法、正弦法[2]、多项式以及B样条[3-4]等。其中，NURBS(非均匀有理B样条)曲线插值法能保证轨迹规划时角度、角速度和角加
湖北工业大学学报 2022年1期2022-02-28
- 基于VMC仿生四足机器狗步态设计
常用[6]。3 足端轨迹规划足端轨迹规划是四足腿部控制达到目标点的前提，根据目标的位置来确定轨迹的函数方程中的变量，然后进一步通过方程求出足端坐标，将得到的以时间为函数变化的坐标通过运动学的逆解得出四足关节转动所需要的角度，通过循环程序实现周期性的运动，从而精确的实现腿部的运动学控制。为了实现理想的步态模型，足端轨迹规划必须满足形进时平稳，关节部位没有交大的冲击且摆动相抬腿和落地时实现零冲击且足端轨迹圆滑。时刻足端处于摆动项，～T时刻足端处于支撑相。水平方
电子制作 2022年3期2022-02-17
- 四足机器人单腿系统及其跳跃柔顺控制的研究
灵活性的运动，在足端着地时具有大冲击力的特点[2]。采用刚性的结构形式和常用的位置控制方法往往运动效果不大理想[3]。国内外专家学者提出了许多新颖的结构形式和控制方法。在结构上的解决方案主要是通过在单腿上加装被动元件，如弹簧，阻尼等，使腿部在运动中被动地实现一定的柔顺效果，如文献[4]基于猫的腿部结构设计足式机器人，但这种方法只能应用在单一的结构化环境中，不具有地形适应性。目前较好的解决方案是在单腿系统的控制方法上采用柔顺控制方法，如虚拟模型控制，阻抗控制
机械设计与制造 2022年1期2022-01-27
- 一种用于消防的四足机器人
个自由度。目前的足端的设计主要分为球形足端、圆柱形足端、仿生足端。本文设计的为伪球形足端，伪球形足端拥有和球形足端一样的环境适应能力，但在防滑和稳定上更胜一筹，如图。本设计将波士顿动力的无刷电机改用做舵机作为动力，舵机的控制原理较为容易，需要一个20 ms的脉冲周期，本设计使用180°舵机，在 20 ms 的脉冲周期中使用不同占空比的高低电平，不同的占空比对应的角度不同[13-14]，占空比和角度对应比如表 1所示。控制算法模型是以每个腿建立中心点，采用运
科学与生活 2021年25期2021-12-02
- 基于高阶多项式的爬游机器人足端轨迹规划
动，需要对机器人足端位置进行轨迹规划。轨迹规划是采用时间序列信息对机器人足端的位置、速度等参数进行规划进而控制机器人足端空间位置与姿态[5-8]。常用的轨迹规划方法有贝塞尔曲线[9-10]、基于遗传算法的轨迹曲线[11]和B样条曲线[12]等。通过对机器人足端轨迹进行规划，使机械腿运动平滑，减少冲击和振动，对提高机械腿的稳定性、可靠性和工作效率有重要意义。文献[13] 为了解决机器人在运动过程中机械腿与机体之间存在的互斥力问题，提出了一种当机器人足端处于支
计算机测量与控制 2021年11期2021-12-01
- 基于复合摆线的下肢假肢步态规划及运动仿真
imbs2.2 足端步态规划复合摆线法是足端步态规划中常见的一种方法，因为其位移、速度和加速度在前进和抬起方向上均为正弦函数，故触地时地面对足端冲击力较小，可保证下肢交替运动时更加平稳且不易打滑，具有良好的稳定性。假设下肢假肢在xy平面运动，足端轨迹可表示为[9](1)式(1)中：r为半径。x方向的位移、速度、加速度应满足式(2)约束。(2)y方向应满足的位移、速度、加速度应满足式(3)约束。(3)利用MATLAB优化工具箱对式(1)～式(3)进行求解，求
科学技术与工程 2021年32期2021-11-23
- 四足机器人Trot步态规划与仿真分析
未考虑四足机器人足端初始位置对Trot 步态稳定性的影响。基于此，本研究针对四足机器人的轨迹规划问题展开研究，在运动学分析的基础上，从足端轨迹优化、初始足端位置选择这两个方面对四足机器人的Trot步态进行规划，并用Matlab/Simulink 仿真平台验证此步态规划的合理性。从而实现四足机器人以Trot步态相对稳定地行走。2 四足机器人结构与运动学方程2.1 四足机器人实体结构四足机器人腿部结构一般分为4 种方式：“全肘式”、“全膝式”、“前膝后肘式”和
湖南工业大学学报 2021年5期2021-11-01
- 直驱式四足机器人的结构优化设计与研究
以通过解耦身体和足端轨迹达到主动悬挂的效果，在复杂地形的移动效率明显高于其他类型移动机器人[3]。四足机器人的驱动方式主要有液压驱动、气动驱动和电力驱动[4]，其中，电力驱动可按驱动电机有无含齿轮传动系统的减速器分为非直驱式和直驱式。2016年，KENNEALLY等[5]首次提出直驱式四足机器人的概念，介绍了直驱式四足机器人高驱动带宽和机械效率等优点。为了提高奔跑速度，BLACKMAN等[6-7]对直驱式四足机器人的三角形足端轨迹和步态进行优化，研究了腿部
中国机械工程 2021年18期2021-10-09
- 面对未知坡面的四足机器人足端轨迹仿真研究
计了一种基于控制足端运动轨迹让机器人实现在斜面上平稳运动的方案，并进行了稳定裕度分析，综合机器人的运动连续性考虑，给出了一个通过控制身体俯仰角来实现斜面连续平稳运动的方法。如图1，本文设计了一种液压驱动的12 自由度四足机器人，通过参考俯仰角的变化量来调整机器人坡面的质心位置，并根据俯仰角的变化量对足端轨迹进行实时重新解算，使得足端力竖直于地面而非坡面，为增加四足坡面稳定性提供支撑。使四足机器人实现30°坡面的稳定运动。图1 四足机器人模型Fig.1 Qu
农业装备与车辆工程 2021年9期2021-10-04
- 曲柄摇杆机构预定轨迹的优化设计与仿真
。本文针对机器人足端轨迹，在椭圆轨迹的基础上重新规划，以期获得具有更强稳定性的机器人足端新规划轨迹，并通过Matlab编程实现新规划轨迹的曲柄摇杆机构设计，进而设计机器人的单条腿部机构。1 机器人足端轨迹的确定曲柄摇杆机构经常被用作机器人的行走机构。本文将曲柄摇杆机构作为机器人的腿部机构。机器人足端轨迹如图1所示。采用这种椭圆轨迹的优点是能够保证机器人足端与地面接触时的速度和加速度都为零，从一定程度上减轻机器人足端与地面碰撞的强度，提高机器人腿部机构的使用
成组技术与生产现代化 2021年2期2021-09-18
- 四足机器人不规则地形稳定方法研究
PFC采用机器人足端的力传感器和陀螺仪采集到的反馈信号来对机器人姿态进行调整。文献[17-18]提出了基于动量的平衡控制器，通过约束优化问题的定义，计算所允许的关节加速度，以获得所需的角动量和线性动量。也有通过深度学习对四足机器人进行大量训练与学习，从而实现无建模控制[19]。C Gehring等研究了在平坦地形下基于接触力的四足机器人平衡控制算法[20]。本文设计一个基于四足机器人全身动力学的平衡控制器，以每条腿的足端位置向量为入手点，通过实时获得每条腿
沈阳理工大学学报 2021年3期2021-09-14
- 双闭链式步行腿机构的设计与分析
度少、易控制，但足端轨迹单一、环境适应性弱；腿部自由度多、足端轨迹丰富、环境适应性较强，但控制难度大。针对开链式步行腿自由度多、电机驱动需换向的问题，设计一种由电机连续驱动的两自由度双闭链式步行腿机构，对其足端轨迹进行规划，且通过步行腿仿真与实验验证步行腿结构设计与足端轨迹规划的可行性。1 双闭链式步行腿机构设计以电机连续整周驱动实现优良的足端轨迹为目标，设计一种新型的双闭链式步行腿机构，即将2 个单自由度平面四杆机构组合在一起，其结构简图如图1。图1 双
安徽工业大学学报（自然科学版） 2021年3期2021-09-08
- GIS内壁检测的四足爬壁机器人运动学分析*
坐标系，分析了其足端的可达空间和稳定性。上述机器人的运动学分析，不能准确地在基础坐标系下描述机器人的位姿，没有针对具体的轨迹规划分析其关节角度运动情况，没有对实际运动轨迹和理论轨迹进行分析，缺少实验论证。本文设计了一种应用于GIS开关的四足管道爬壁机器人，通过建立了管道基础坐标系描述了机器人的位姿。基于机器人的运动学，为了避免足端和管道内壁发生碰撞，对足端进行轨迹规划，通过实验误差分析验证机器人运动学的可行性和准确性。1 机械结构设计机器人的运动空间是管道
组合机床与自动化加工技术 2021年6期2021-07-02
- 六足排爆机器人的机构设计与运动分析
作情况，设计两种足端轨迹应对平坦和崎岖的地面情况，把足端轨迹代入到机械模型中，实现了整机的仿真。1 排爆机器人结构设计1.1 六足排爆机器人的整体结构设计排爆机器人运动机构在工作状态下应具有承载能力好、稳定性好、机动性强的特点，且在复杂地形状态下运动功能良好［4］。如图1所示，设计的六足排爆机器人主要由腿部，控制中心和操作手组成。执行机构需要满足全方位空间操作要求，并安装视觉系统，和排爆工作的操作手等装置。在复杂周边情况下工作的排爆机器人，采用机械视觉和多
长春理工大学学报（自然科学版） 2021年3期2021-06-30
- 自重构仿生四足机器人运动学分析及仿真
一样。每个机械腿足端装配一个半圆形橡胶垫，减少与地面的冲击力。2 仿生四足机器人运动学分析2.1 运动学建模以机械腿IV为例，对自重构仿生四足机器人进行运动学分析。把机械腿各关节简化为连杆机构，在机器人机体与机械腿的各关节建立坐标系，如图4所示。机器人坐标系Oc-xcyczc建立在机体上，原点为机体质心点，yc正向为机体移动的方向，zc的反向为重力方向。坐标系O0-x0y0c0建立在机体与机械腿连接的关节处，原点Oc在机体中的坐标为(a,b,c)。坐标系O
机械制造与自动化 2021年2期2021-05-21
- 基于五次多项式的四足机器人轨迹规划
换矩阵Tn，可得足端以机体坐标系表示的变换矩阵如下：由此我们可以得出足端相对机体坐标系的坐标P3，即为机器人的正运动学求解。对正运动学方程求逆解可得逆运动学方程，即可以用机器人足端位置得到各个关节的角度。这里只求出RF 即右前腿的运动学，用同样的方法可以求出剩下3 条腿的运动学方程。2 轨迹规划2.1 步态规划四足机器人步态分为动步态以及静步态，两者区别就是，当任何时刻支撑腿数量小于3条，则是动步态；反之，则为静步态[9]。本文主要研究的是静步态即walk
农业装备与车辆工程 2021年3期2021-04-02
- 基于ZMP的四足仿生机器人反应式行为控制策略研究
地形行走时会受到足端与地面非预期碰撞而产生的冲击力，影响平台稳定；另一方面，足式机器人也会由于机身与外界碰撞或搭载载荷而受到外力扰动，影响平台位姿.因此减少外力冲击对四足机器人稳定行走的影响十分重要.为实现四足机器人的柔顺步态行走，一般在腿部设计被动柔顺机构或采用合适的主动柔顺控制策略.被动柔顺结构对四足机器人稳定性的提高有限，主动柔顺控制主要通过对四足机器人模型施加力控制算法来实现.上世纪80年代，Raibert使用弹簧负载倒立摆模型(SLIP)[1]实
车辆与动力技术 2021年1期2021-04-01
- 轮腿式火星探测机器人的多目标协同控制
保障，车体姿态、足端接触力、车轮的驱动力都将影响其行进的稳定性，车体姿态、足端接触力控制是保障轮腿机器人稳定行进的前提，可以避免车体不确定的振动，足端悬空、滑移及驱动力不足等问题。轮足车轮驱动力控制即过驱动问题也是轮足机器人稳定行进的研究重点。要实现轮腿机器人在不规则地形的稳定行进，多个控制的协同控制必不可少，这也带来了新的控制问题和挑战。本文主要研究轮腿机器人车体姿态、足端接触力和车体重心高度的协调控制问题。德国研究者提出了利用车体姿态和足端力实现对车体
航空学报 2021年1期2021-03-28
- 基于扩展雅可比矩阵的冗余液压驱动四足机器人运动控制
机器人入地角度、足端工作空间及零力矩点的协调等问题.因此,针对运动学冗余的液压四足机器人的逆运动学问题,本文提出了一种计算量少,简单易实现的扩展雅可比矩阵法.此方法既能解决机器人运动学冗余问题,还能使机器人入地角度满足摩擦锥的要求以避免足端滑动并满足零力矩点要求[31].通过仿真实验和常用的梯度投影法作了比较,此方法在对角步态(trot)下在实时性上和运动性能上有很好的表现;在斜坡环境下也能平稳的行走.最后又通过实验验证了该方法的可行性和有效性.2 四足机
控制理论与应用 2021年2期2021-03-22
- 液压四足机器人足端的力预测控制与运动平稳性
。液压四足机器人足端与外界环境间的约束关系影响机身运动姿态的稳定性[3-4]。目前，影响液压四足机器人运动姿态平稳性的足端力控制主要基于阻抗的控制策略。李鑫[5]、张国腾[6]采用基于惯性-刚度-阻尼模型的阻抗控制策略，通过调节阻抗模型参数使腿部的力柔顺，该液压伺服系统具有系统非线性及参数时变性等特点，足端位置力跟踪存在稳态误差。丁庆鹏[7]提出的自适应阻抗控制策略可对环境刚度及环境位置进行辨识，有效减小了足端位置力跟踪稳态误差，但存在响应延迟。苏文海等[
中国机械工程 2021年5期2021-03-15
- 足式液压驱动机器人腿机构设计与分析
由度.踝关节是由足端组成，可沿3个不同方向进行转动.单腿部件由大腿机构、小腿机构和足端组成，足端安装在小腿机构的底部，髋关节和膝关节前后运动均由安装在大腿部件的油缸控制，通过安装在机身的油缸来控制髋关节侧摆运动方向，足端为球形足.综上，本文所设计的单腿机构包括两自由度的髋关节、膝关节以及可沿3个不同方向转动的球形足，其单腿机构如图1所示.图1中：A为髋关节摆动中心；B为膝关节摆动中心；C为球形足的中心；α为大腿前摆极限角；β为大腿骨向后摆动的极限角；δ为小
兰州工业学院学报 2021年1期2021-03-13
- 二自由度七连杆机器人腿部机构优化设计
杆机器人腿部机构足端的实际轨迹曲线与理想轨迹曲线误差较大。章永年等[13]对二自由度七连杆(文中称五连杆机构，实际为七连杆机构)机器人腿部机构进行了研究，优化设计的目标函数是关节电机力矩性能、节电机速度性能、电机的总能耗、五杆总长最小；试验仅选取了3个机构参数作为设计变量、10个约束条件，根据此约束条件不能保证机器人腿部足端点实现预先给定的理想轨迹曲线。由于没有给出驱动摆杆的摆动角度范围以及如何摆动，无法验证试验机器人腿部足端点的实际轨迹曲线。为了使机器人
食品与机械 2020年7期2020-08-06
- 闭链式四足机器人对角小跑步态规划与仿真分析*
块机构，用于调节足端运动轨迹。当主闭链的曲柄转动时，会带动连杆上下移动和产生一定程度的摆动。如果将连杆反向延长，其末端的轨迹接近于机器人腿机构的足端轨迹。另外，其副闭链的曲柄一端固定在曲柄摇块机构的连杆之上，当曲柄转动时，带动滑块结构的腿部沿着连杆移动，从而调节腿部的长度，在机器人移动过程中可通过对腿部长度的调节达到不同的步行运动效果。2 四足机器人对角小跑步态规划机器人运动主要是靠腿部机构按照设定好的运动方式完成周期运动来实现的。四足动物的典型步行步态有
机电工程 2020年5期2020-05-25
- 新型轮腿机器人步态规划策略
迈步前进，常用的足端曲线为直线、抛物线、摆线、正弦曲线等[9-10]。该方法取得了较多成果并针对曲线规划的缺陷进行了改进[11-12]，如文献[13]提出的一种零冲击轨迹规划方法避免了足端加速度出现跳变、抬腿瞬间产生较大接触力的问题。基于优化目标的步态控制策略是机器人在满足越障的约束条件的前提下，以能耗最小为优化目标对足端轨迹进行规划，即通过对移动机器人在一个完整步态周期内消耗的能量进行评价，从而规划出最优能量消耗轨迹。本文设计出一种新型的步态可切换轮腿机
中国机械工程 2019年18期2019-10-11
- 四足步行机动平台半圆柱形足端偏差分析
方式下，半圆柱形足端的圆柱半径越大，步行机动平台对非结构性地形的适应性就越强。但随着半圆柱形足端圆柱半径的增大，机动平台行走过程中足端与地面的接触点会发生大范围的变化，因而产生较大的地面冲击，对步行机动平台的稳定性产生影响[2]。因此，足端轨迹偏差问题是影响机动平台行走能力的重要方面。由于四足步行机动平台由结构完全相同的四足实现运动，所以足端轨迹偏差问题最终可归结为单腿坐标系中的足端位置偏差问题。GUARDABRAZO等[3]对仿昆虫类步行机动平台半球形足
装甲兵工程学院学报 2019年1期2019-05-23
- 四足机器人单腿跳跃柔顺性的规划和控制研究
跃过程中依然存在足端冲击力大、柔顺性不好的问题。在跳跃过程中，机器人足端与地面的接触时间短，能量输出大，机器人在起跳和着地时足端存在很大的冲击力。一方面冲击力会破坏机器人机械结构，影响控制系统和传感系统的可靠性，另一方面冲击力会影响机器人行走的平衡性能，严重时甚至会发生倾倒。解决机器人跳跃过程的柔顺性问题，能有效地改善机器人足端受力情况，提高机器人的动态运动稳定性，实现高性能的跳跃运动。针对单腿跳跃的柔顺性问题，笔者以四足机器人单腿系统为研究对象，建立单腿
数字制造科学 2019年1期2019-04-08
- 液压驱动四足机器人单腿结构设计与分析
部在运动过程中，足端所能达到的区域即足端运动空间，它的大小是评价机器人运动的灵活性和适应性的重要指标。因此，机器人腿部结构的设计中，应该尽量有足够大的足端运动空间。机器人的腿部可简化为如下二杆模型，如图1所示。图1 单腿的二杆模型Fig.1 Two-bar Linkage Model of Single Leg由式（1）工作空间面积S的最大值的求解可分为以下两部分考虑：若k为定值，则当L1=L2时，S取到最大值；若k为变量，则其值的大小受 φ1，γ0，γ1
机械设计与制造 2018年12期2018-12-18
- 仿壁虎机器人侧爬型地壁过渡步态Matlab仿真
章首先分析求解了足端工作空间，再通过筛选将其限制在行走面上，通过传感器判断障碍物距离与形态，调用步态规划算法来跨越障碍或者进行相交平面之间的过渡。张昊等[9]提出了一种侧向横爬型过渡步态，即当机器人身体轴线(头部与尾巴连线)与墙面平行时，机器人可以像螃蟹一样进行侧向横爬运动，以完全对称的步态过渡到墙面。西北工业大学曹飞祥等[10]设计并研究了一种具有柔性多杆机构腰部和尾巴的仿壁虎机器人结构，这种机器人可以跟真实壁虎一样双前腿和双后腿分别经过一次完整的步态过
机械制造与自动化 2018年4期2018-08-21
- 四足机器人静步态连续行走策略
文献[3]通过对足端轨迹进行规划，实现了液压四足机器人在平地上的对角小跑步态，文献[4]提出了一种零冲击足端轨迹规划算法，文献[5]提出了一种基于参数化矩阵的运动规划方法，实现四足机器人在平面上的转向与斜向运动。文献[6]利用Bezier曲线设计了四足机器人足尖运动轨迹，并实现了高负载四足机器人水平面对角小跑。以实现四足机器人在平面上稳定、连续行走为目标，提出一种基于walk步态零冲击足端轨迹规划方法。首先运用DH算法推导出单腿的运动学方程。然后采用直线规
机械设计与制造 2018年7期2018-07-19
- 新型四足步行机器人串并混联腿的轨迹规划与仿真研究
落足点离散，在其足端能够达到的范围内可以灵活调整行走姿态，并合理选择支撑点，所以对复杂地形和非结构化环境具有更强的适应能力[3]，目前已成为机器人研究的热点领域之一.在四足机器人中，其腿部机构多数是串联的，比较典型的有美国波士顿动力学公司的BigDog、猎豹Cheetah和野猫Wildcat等.这些机器人腿的结构简单，建模和控制比较容易，但自重载重比大，承载能力相对较低.也有学者利用并联腿机构来设计仿生机器人，如上海交通大学提出的六足步行机器人的每条腿都是
郑州大学学报（工学版） 2018年2期2018-04-13
- 仿生四足机器人运动规划与步态转换
机稳定性的分析、足端轨迹的规划、四足之间的协调等。针对整机稳定性，研究者们提出过很多模型，如线性倒立摆模型、弹簧-阻尼模型等。足端轨迹也多种多样，赵明国[3]规划AIBO ERS-7的运动时提出了基于矩形的轨迹。Kim等[4]提出基于椭圆的轨迹。Sakakibara等[5]规划出摆线轨迹。李志[6]结合正弦轨迹与椭圆轨迹规划出类椭圆轨迹。此外，对步态转换过程也有不少研究，步态转换过程较复杂，两种步态之间需要精确的计算才能顺利转换，并且在步态转换过程中，整机
数字制造科学 2018年1期2018-04-11
- 四足机器人坡面运动时的姿态调整技术
复合摆线对机器人足端轨迹进行规划，以减小足端在换相点处与地面间的瞬时冲击；以机器人质心在斜面上的落点到支撑线的距离为判据进行四足机器人坡面运动稳定性分析，得到其姿态调整的确定值.在Adams中建立了四足机器人的虚拟样机模型并进行了仿真试验，试验结果证实所提出的姿态调整策略对提高四足机器人坡面运动稳定性有效.四足机器人；坡面运动；姿态调整；对角小跑步态足部的巧妙设计和多足的协调运动使得足式机器人对于复杂地形有着良好的适应性，这一特性是轮式机器人、履带式机器人
北京理工大学学报 2016年3期2016-11-24
- 三弯腿 实用功能里的动感韵律
状；下有三高足，足端向外移，仿兽腿形，其功能与椅子的靠背，供坐卧扶靠用。”可以知道我国最早的三弯腿的雏形出现在魏晋南北朝时期。经过不断的发展与完善，到了明清时期，我国三弯腿制作工艺臻于成熟。明清红木家具中的三弯腿也可以分为高型和矮型两种，两种脚型各有特色。高型三弯腿常见于香几等高型轻型家具中，如香几的高型三弯腿，刚柔并济，通过考究的弯向、比例、细长与末端扩大成粗壮的马蹄，在细节上显示了它的无穷内劲；其腿弯又与横向S形壶门牙板一气呵成，极其流畅、圆滑；高型三
中国林业产业 2016年9期2016-03-26
- 四足步行机动平台单腿结构设计
四个主动自由度，足端装有减小腿与地面冲击的被动自由度。Bigdog之后的重型运载平台—LS3 四足步行机动平台单腿有三个主动自由度，关节运动非常灵活，整体采用主动柔顺控制，取消了足端弹簧。Bigdog 系列的最新产品Spot 四足步行机动平台单腿也有三个主动自由度，各部分协调运作的能力更强，关节的活动更加自如，非常适合在人类的生活环境中使用。从Bigdog 系列四足步行机动平台的发展可以看出，单腿的结构对机动平台的各项性能有重要影响，进而决定了机动平台的应
山西电子技术 2015年5期2015-11-28
- 基于样条插值的仿壁虎机器人足端脱附轨迹规划
针对仿壁虎机器人足端粘附脱附运动，提出了Spline三次样条插值与Matlab/Simulink 半实物仿真相结合的足端轨迹生成及优化的方法。合理选取关键节点，利用三次样条插值，可快速得到所需复杂的光滑轨迹曲线。设计了测试平台并进行半实物仿真，通过分析数据采集卡采集的脱附力的变化趋势，并合理调整三次样条插值数据节点，优化脱附轨迹及其法向力与切向力，使仿壁虎机器人单足脱附过程切向力和法向力保持在较小范围。验证了该方法在单腿运动轨迹生成中的有效性和可行性，为四
现代电子技术 2015年16期2015-11-17
- 多足机器人足端支反力求解方法比较
91）多足机器人足端支反力求解方法比较赵士杰 郭祖华（北京航空航天大学，北京，100191）多足移动机器人运动过程中足端支反力的求解是一个难题，本文介绍并比较了两种计算方法，即伪逆法和优化方法。伪逆法将等式约束线性化处理并补充到平衡方程中，然后利用伪逆理论求解；优化方法则以各个关节力矩的平方和最小为目标函数，搜寻最优解。本文用伪逆法、基于常规规划理论的优化方法和遗传算法分别实现了某6足机器人足端反力的求解。通过对计算结果进行分析比较，得知：伪逆法效率高，但
机器人技术与应用 2014年6期2014-02-10
- 基于局部规则的六足仿生机器人步态控制
适用于自由步态的足端轨迹，实现了步态的平滑转换.1 本体结构六足机器人的本体结构如图1所示，六足仿生机器人由躯干和六条完全相同腿组成，腿部采用高集成模块化的结构设计，由基节、股节和胫节组成，各个关节的结构也完全相同，保证了机器人良好的互换性.躯干里面集成有控制板，躯干－基节关节和基节－股节关节集成有一维力传感器，胫节集成有三维力传感器，可以随时监测足端以及各个关节的力以及力矩，实现机器人的实时控制.图1 六足机器人本体结构单腿有躯干－基节关节(基关节)、基
哈尔滨商业大学学报（自然科学版） 2013年5期2013-10-18
- 仿生昆虫家庭安保机器人运动轨迹的实现
式安保机器人通过足端设置传感器，获取准确的地面的信息，调整其步态，并需要迅速准确地改变运动形态，从而完成在这些环境的跨越和工作。本课题机器人是家庭安保机器人，考虑销售成本，这类机器人一定是小型低成本的机器人。本文主要研究小型的仿生昆虫多足家庭安保机器人（以下简称家庭安保机器人）的足端轨迹规划及其实现，以便这种低成本的机器人可以在家庭复杂多变的环境中运行。1 家庭安保机器人基本机械结构为了提高机器人适应家庭复杂的运动环境，节约机器人的制造成本，安保机器人采用
制造业自动化 2012年23期2012-08-22