基于Webots仿真软件的仿生六足机器人机构设计与步态规划

仿真技术在机器人机构设计与运动分析的研究与应用中发挥着重要的作用,可提升机器人机构设计的质量和改善机器人的运动性能。在六足纲昆虫观测实验的基础上,模仿六足纲昆虫的躯体形态和结构特征,以蚂蚁爬行的三角步态为摹本,对仿生六足机器人进行了机构设计与步态规划,并在Webots移动机器人仿真软件的环境下完成了仿生六足机器人的实体造型,编制了相应的运动控制程序,且通过仿真实验验证了仿生六足机器人机构的合理性和运动的灵活性。

基于Webots的蛇形机器人翻滚运动仿真及实现

针对蛇形机器人的侧向翻滚运动,给出一种建立正交关节蛇形机器人三维空间运动模型的方法,提出了一种更为简单的实现蛇形机器人侧向翻滚运动的舵机输入函数。通过选择不同的控制参数,可以实现蛇形机器人"U"字形和"V"字形侧向翻滚运动。在Webots移动机器人仿真软件上进行正交关节蛇形机器人翻滚运动仿真,并在蛇形机器人本体上进行试验,验证了所提控制规律的有效性。

基于Webots的蛇形机器人蜿蜒步态规划及偏移补偿

仿生蛇形机器人对复杂环境具有良好的适应性,应用前景广泛.针对蜿蜒运动初始时刻的突变问题和运动过程中存在的偏移问题,提出优化方程,并对蜿蜒运动步态进行规划,研究了模型参数对机器人运动速度、偏移的影响,分析运动控制参数,并对运动步态偏移进行补偿.通过Webots仿真实验表明:运动控制参数决定了蛇形机器人的运动形状、偏移量及转弯特性,可以有效避免侧向偏移,对蛇形机器人高效的运动控制具有较为重要的借鉴意义.

基于Webots的汽车起重机建模及控制研究

为了解决吊装过程中潜在的作业安全问题,本文在Webots移动机器人仿真环境下对汽车起重机进行建模及运动控制分析。首先,对汽车起重机的结构进行分析,选择相应的连接方式;然后,建立汽车起重机的骨架模型及物理模型,并且进行纹理渲染。通过分析吊装作业过程,对汽车起重机的各部分设计控制器算法,从而实现模拟整个吊装作业过程的目的。在编写运动控制程序过程中,引入碰撞检测算法的思想,选择外接轮廓作为描述方式。实验结果表明,在基于Webots的仿真环境下进行汽车起重机建模及控制过程研究,可以快速有效地制定出吊装方案,辅助施工人员顺利完成吊装作业,降低吊装过程中的作业风险。

基于WEBOTS的模糊PID控制的研究

在基于Webots虚拟移动机器人仿真软件提供的环境下,以Epuck轮式机器人为实验平台,设计了模糊PID控制器并提出了一种模糊PID控制算法,在Webots软件的代码区写入模糊PID控制算法来控制机器人的运动,最后将实验结果与常规PID控制进行了比较分析,得出了模糊PID具有控制更准确,鲁棒性更强,和系统更稳定的优势。

基于webots的物体识别设计与实现

复杂背景一直是影响基于机器视觉的物体识别精度的一个重要因素。本文围绕复杂背景对物体识别的影响,运用webots仿真平台对机器人在复杂背景下实现特定物体识别的问题进行设计与实验,验证其可行性和识别效果。仿真结果表明,此方法可行,而且在一定程度上排除了复杂环境对于物体识别精度的影响。

矢量共轴双旋翼无人机的设计与仿真研究

设计了一款新型的具有矢量定向机构的共轴双旋翼无人机。在Webots移动机器人仿真软件的环境下完成对矢量共轴双旋翼无人机的实体造型与动力学建模,基于ROS机器人操作系统编写了矢量共轴双旋翼无人机的飞控程序,引入了双目定位算法进行空间定位。通过仿真实验验证了矢量共轴双旋翼无人机机构、飞控程序和双目定位算法的可行性,对快速开发新型无人机飞控和接入新型传感器有参考价值。

基于多自由度机械臂的乒乓球平衡控制算法研究

以板球系统模型为基础,提出了使用多自由度串联机械臂控制乒乓球平衡的方法。首先,从板球控制系统出发,分析这类平衡算法的优缺点;其次,对六自由度串联机械臂进行运动学分析;最后,通过Matlab软件和Webots软件对机械臂进行仿真试验,验证其准确性。仿真结果表明:在一般的应用场景下,使用多自由度串联机械臂控制乒乓球平衡的方法具有一定的通用性。

基于改进的DDPG算法的蛇形机器人路径规划方法

针对蛇形机器人执行路径规划任务时,面对复杂环境传统强化学习算法出现的训练速度慢、容易陷入死区导致收敛速度慢等问题,提出了一种改进的深度确定性策略梯度(deep determin-istic policy gradient,DDPG)算法。首先,在策略-价值(actor-critic)网络中引入多层长短期记忆(long short-term memory,LSTM)神经网络模型,使其控制经验池中信息的记忆和遗忘程度;其次,通过最优化特征参数将CPG(central pattern generators)网络融入强化学习模型,并设计新型网络状态空间和奖励函数;最后,将改进算法与传统算法分别部署在Webots环境中进行仿真实验。结果表明,相比于传统算法,改进算法整体训练时间平均降低了15%,到达目标点迭代次数平均降低了22%,减少了行驶过程中陷入死区的次数,收敛速度也有明显的提升。因此所提算法可以有效地引导蛇形机器人躲避障碍物,为其在复杂环境下执行路径规划任务提供了新的思路。

基于PSO蛇形机器人CPG控制模型参数的优化

针对蛇形机器人链式CPG(central pattern generator)复杂模型,提出了采用粒子群算法(particle swarm optimization)优化CPG控制模型参数,用来解决CPG参数整定效率低、效果不理想的问题,然后结合Webots机器人仿真软件,实现了PSO算法优化蛇形机器人CPG控制模型参数。最后利用Webots仿真软件,通过实验仿真与遗传算法的结果相对比,证实了PSO算法的优越性,为蛇形机器人的运动步态转换提供好的基础。

自重构机器人的拓扑描述和重构策略研究

为了完整描述自重构机器人整体结构的拓扑关系,提出了一种新的拓扑空间连接矩阵SCM。该矩阵通过模块间的连接状态以及单个模块的内架转角信息,能够自动识别系统中的运动支链并生成对应的运动学方程,为重构策略提供理论支撑。然后,根据单元模块的运动特点和主、被动连接面间的连接限制,文章结合SCM提出了一种无编号的分布式重构策略。将SCM与该重构策略相结合,可实现构型间的重构变换。最后,通过仿真实验,验证了该分布式重构策略的有效性。

仿生六足机器人机构设计及控制方法研究

机器人足部与壁面间的粘附能力及其运动控制策略是爬壁机器人能够在处于不同倾斜度的壁面上爬行的关键技术。模仿甲虫足部钩刺对抓的特征及尺蠖蠕动爬行运动特性设计了一种可灵活转向的仿生六足爬行机器人机构。该机器人采用CPG(central pattern generator)仿生控制方法实现其在粗糙壁面上的任意方向的运动,并且通过超声波传感器的反馈信号能够实现避障功能。机器人足部采用对抓设计提高了爬行稳定性,同时CPG控制方法简单、新颖。基于Matlab软件建立了CPG控制网络,并结合反馈信号实时调节网络输出。在Webots移动机器人仿真环境下完成了机器人建模,CPG控制器程序编写,通过动态仿真验证了六足机器人机构和控制方法的合理性,机器人爬行速度约2.7 cm/s。

爆发式驱动单足弹跳机器人机构优化设计

本文设计了一种基于Stephenson六杆机构的新型单足弹跳机器人。建立了基于倒立摆系统的姿态控制方案;创新性地利用串联弹性驱动器(SEA)的被动柔性元件实现增大驱动器的瞬时功率;提出了基于内点法的非线性代数超越方程组的快速寻优方法,据此完成了弹跳机构杆长的优化设计,机构冲程/高度比为073。最后在专业机器人仿真平台Webots中,进行了机构的原地及前向连续弹跳仿真。仿真测试结果表明该弹跳机构可实现连续、稳定的垂直及前向跳跃:机器人最大弹跳垂直高度达34 m(机构高度的11倍);前向弹跳过程中,弹跳高度为30 m、前向弹跳速度为195 m/s;垂直弹跳时驱动器的瞬时峰值功率为电机额定功率的994倍,完全实现了爆发式驱动。为在复杂非结构化或低重力环境下的爆发式弹跳机器人研究做出了有益的探索。

基于光流法的双足机器人守门策略及实现(英文)

在本文中,为了能在双足机器人足球比赛中提高守门员的防守能力,我们提出了一种基于光流法的双足机器人守门策略方法,通过该方法使得守门员可以更好的判断足球的运动轨迹并实施拦截。实验中采用 Webots 仿真平台,NAO 机器人为守门机器人,首先通过 NAO 对运动的足球进行图片采集,然后使用 Opencv 进行 Lucas-Kanade 光流运算得出足球的运动轨迹,最后微调控制 NAO 进行拦截;实验结果显示该方法使得 NAO 机器人对球的防守成功率可达到 85%左右。