面向林地作业的腿履复合移动机器人构型设计与越障策略研究

针对林地地面环境复杂、台阶和倒木障碍多的问题,设计一种腿履复合移动机器人。在分析犬类腿部骨骼结构参数和运动特性的基础上,设计3关节构型与履带复合的移动机器人腿部结构,为了尽可能减轻整机质量,将履带部件和机器人腿部的大腿结构有机融合。构建机器人单腿的运动学模型,分析机器人足端工作空间,提出针对腿履复合移动机器人的林地越障策略,仿真分析越障过程中机器人关节的动态特性。仿真结果表明:利用腿部关节摆动和履带推进的组合和适时切换,该腿履复合移动机器人能实现灵活的台阶和倒木障碍的跨越;越障过程中,除与障碍接触时刻的关节力矩突变外,腿部关节力矩变化平稳,履带运动模式和足式运动模式切换平顺。研究为下一步机器人样机研制和控制系统开发提供了技术基础。

基于自适应差分进化算法的腿履四足机器人稳定性优化

针对腿履复合式四足机器人处于Trot步态时,由于大腿复合结构部分摆动不稳定所引起的重心偏移问题,采用基于自适应差分进化算法优化。利用Hopf模型中的振荡器构建中央模式发生器网络拓扑结构;借助自适应差分进化算法,通过多次迭代可迅速找到输出模型的最佳参数组合,以减少重心偏移量和机体姿态角,解决了重心偏移导致的稳定性问题。通过ADAMS和MATLAB进行仿真实验验证提出的优化方法,结果表明:该方法能够高效地寻找到全局最佳参数,使腿履复合四足机器人能够展现出优秀的运动性能。

SMA驱动柔性机械臂BP神经网络PID控制方法研究

针对形状记忆合金(SMA)丝驱动软体仿生柔性臂弯曲角度难以精确控制的问题,文中提出一种BP神经网络PID控制算法。该方法基于仿生柔性臂的运动学模型和驱动模型,利用电阻映射的弯曲角度反馈,采用BP神经网络优化PID参数实现位置控制。然后,搭建仿生柔性臂实验测试平台,利用不同驱动电压条件下弯曲实验测试数据确立初始PID参数,分别采用传统PID方法、模糊PID控制方法和BP神经网络PID控制算法对仿生柔性机械臂进行位置控制实验。结果表明,与其他两种方法相比,BP神经网络PID控制方法能在5 s内达到期望角度,调节时间更短,位置误差仅为2°,并且在外界扰动条件下2 s内可完成自适应调节,具有较强的鲁棒性,能够更好地补偿SMA相变过程中的迟滞问题,证明了所提方法的有效性。

一种串并混联四自由度混凝土喷涂装置设计

针对气膜钢筋混凝土结构建筑的混凝土喷涂作业时工人劳动强度大、工作环境恶劣的问题,设计了一种混凝土喷涂装置代替工人完成混凝土喷射。根据工作需求,完成混凝土喷涂装置构型,并对装置进行运动学分析,完成装置的结构设计,使用ADAMS完成动力学仿真。混凝土喷涂装置采用一种串并混联四自由度结构,包括3-RPS并联机构与转轴,完成了装置的运动学方程推导,为其控制与结构参数优化提供了基础;使用ADAMS完成了装置的动力学仿真,求得了工作状态下并联机构3个驱动的驱动力变化。结果表明,此装置充分利用串联机构与并联机构的“对偶互补”,满足工作需求,可以代替工人完成混凝土喷涂。