基于LabWindows/CVI的柔性驱动器软件系统实现

为实时监测和控制柔性驱动器物理试验装置,利用LabWindows/CVI作为软件平台开发设计了集系统参数配置、控制模式选择、指令控制、实时监控、数据显示和保存于一体的上位机柔性驱动器控制系统软件。采用循环冗余校验算法,设计了与下位机DSP的命令和数据双向传输通信协议以提高系统的可靠性;利用动态数据交换(DDE)技术,实现了采集数据的实时随机存储和指令控制。研究结果表明,数据溢出丢失时,系统利用循环冗余校验算法检测报错,提高了数据和命令双向传输的可靠性;软件系统实现了不同采样频率下的数据动态显示和存储,满足了研究不同控制算法动态性能和系统响应分析的需要,实现了直观有效地监测柔性驱动器工作状态,为柔性驱动器的性能分析和控制算法研究提供了方便、良好的人机交互环境。

一种间歇式弹跳机器人的机构设计与跳跃性能分析

为研究复杂地形下弹跳机器人跳跃轨迹的可控性问题,设计一种基于齿轮—六杆变胞机构的间歇式弹跳机器人。通过改变齿轮—六杆变胞机构的拓扑结构,机器人具有储能、能量锁定与释放、改变储能大小以及调整姿态角的功能,起跳过程中弹跳力具有仿生特性。根据机器人的结构特征设计翻转机构,使其倒地后自行翻转复位。在理论建模基础上,对机器人的跳跃运动进行仿真以研究储能改变和姿态角调整对跳跃轨迹的影响。研制间歇式弹跳机器人原理样机并进行跳跃运动试验,仿真和试验结果较吻合。结果表明,该间歇式弹跳机器人的机构设计具有可行性,跳远度和跳高度具有可控性:跳远度的控制可通过改变储能大小实现;储能相同时,跳高度的控制可通过调整姿态角实现。为需要轨迹规划的间歇式弹跳机器人的设计提供了一种方案。

仿袋鼠跳跃机器人变截面曲线柔性脚着地特性研究

为了改善足部柔性和形状变化自适应能力,提出了采用变截面梁模拟袋鼠柔性脚,运用Hamilton变分原理和有限元方法,建立仿袋鼠跳跃机器人着地阶段的动力学方程;结合实例,应用Matlab对弹性势能变化和踝关节运动轨迹进行了分析;利用ANSYS和ADAMS软件对机器人进行动力学建模和运动仿真,得到了地面反力变化规律和柔性脚刚度特性;最后搭建了跳跃机器人柔性楔形脚和曲线脚的对比实验台,测得着地过程柔性楔形脚和曲线脚的加速度曲线。研究结果表明:柔性曲线脚在着地阶段,具有储存部分落地冲击能量,进而起到缓解冲击和提高机器人起跳性能。

仿生灵感下的弹性驱动器的研究综述

近年来有关仿生灵感下弹性驱动器的理论和应用研究越来越多,有必要将现有的研究成果加以分析和总结,对未来的发展趋势进行展望,以促进弹性驱动器的相关理论和仿生工程应用的进一步发展.首先,介绍基于仿生灵感的弹性驱动器的起源和意义.然后,在弹性驱动器相关研究的基础上,对串联弹性驱动器(series elastic actuator,SEA)、并联弹性驱动器(parallel elastic actuator,PEA)、离合弹性驱动器(clutchable elastic actuator,CEA)和多构态弹性驱动器(multi-configuration elastic actuator,MEA)4种典型的弹性驱动模式的结构组成、功能特性和应用等方面的研究现状进行阐述.最后,对弹性驱动器的关键技术进行分析,对未来发展趋势进行构想和展望,并提出未来潜在的几个研究方向.

跳跃机器人研究现状和趋势

跳跃运动其着地点的离散性和发力的突发性和爆发性使跳跃运动模式的仿生机器人具备很强的越障和环境适应能力.本文结合国内外跳跃机器人的研究现状和成果,将跳跃机器人研究分为伸缩式、关节腿式、轮滚式和弹性变形式4类,并分析各类机器人特征.结合本课题组对跳跃机器人的研究,总结了跳跃机器人研究的关键技术,最后展望了未来跳跃机器人研究发展趋势.

闭链式弹跳机器人起跳阶段动力学分析

设计了一种可用于非结构环境的弹跳机器人,该机器人采用非对称齿轮-六杆闭链机构作为弹跳机构.为分析机器人的跳跃运动,对机器人起跳阶段的动力学进行研究.首先采用矢量闭环方法建立机器人起跳阶段的位置、速度和加速度方程,然后根据动力学普遍方程推导出动力学理论模型.在此基础上,利用Matlab对动力学方程进行数值求解,利用研制的原理样机进行弹跳试验.试验结果表明:理论值和试验结果较为符合,验证了起跳阶段动力学建模及数值分析的有效性.

基于起跳稳定性的仿蝗虫八杆跳跃机器人设计

通过模仿蝗虫起跳过程中的后足胫节末端的直线运动轨迹和起跳稳定性,提出了一种仿蝗虫八杆跳跃机器人设计方法。建立运动学模型并利用天牛须搜索算法对机构的尺寸参数进行优化设计,优化后的八杆跳跃机构的等效胫节末端轨迹和蝗虫后足胫节起跳过程的末端轨迹吻合,基本为一条斜直线。基于拉格朗日方程对八杆跳跃机构的起跳动力学进行建模,并分析了身体所在杆的质心位置对起跳过程的影响,发现通过增大等效跗节杆的质量能提高起跳动力学稳定性。根据运动学和动力学分析的结果,设计了仿蝗虫八杆跳跃机器人,并利用高速摄像机搭建实验平台记录其起跳过程,验证了等效跗节杆的质量对起跳动力学稳定性具备有效的调节效果。

多构态仿生弹性驱动器结构设计及性能研究

以生物肌肉肌腱为灵感,基于变胞机构思想设计了一种多构态仿生弹性驱动器,其中驱动元件和弹性元件通过变构态行星差速齿轮机构实现高效耦合。根据机器人关节不同运动相差异化功率需求,控制弹性驱动器构态的切换,实现输出功率调制和能量调节,从而提高机器人系统的运动性能和能量效率。在此基础上,设计了基于多构态仿生弹性驱动的单足跳跃机器人并验证不同驱动模式情况下的跳跃性能。实验结果表明,与传统齿轮减速驱动器相比,多构态仿生弹性驱动器有效提高瞬时输出功率,使单足跳跃机器人跳跃高度提高了6.8%。跳跃机器人落地过程中弹性元件压缩吸收动能,减小碰撞冲击的同时提高了能量利用率,证明了多构态仿生弹性驱动器在输入能量耦合和在动态输出功率调制方面的可行性。

微小型跳跃机器人研究现状综述

自然界的动物借助跳跃运动能够跨越数倍身体尺寸的障碍物,从而增强其越障能力和环境适应能力。动物跳跃运动模式主要包含以大型动物如袋鼠等采取的连续型跳跃,和各种小型动物如昆虫和青蛙等采取的间歇式跳跃。结合国内外微小型跳跃机器人的研究现状,将跳跃机器人分为非仿生跳跃机器人和仿生跳跃机器人,并对比现有机器人的跳跃性能,分析其在实现可控起跳、空中姿态调节和落地缓冲复位等方面采取的策略,最后展望了微小型跳跃机器人的发展趋势。