基于慧鱼技术的四足仿生机器人设计

为了提高运载工具应对相对困难的道路条件的能力,满足特定的功能要求,避免恶劣的工作环境对人体造成的损害,现在经常使用移动机器人来实现工作目标或执行人体难以独立完成的任务。基于仿生学的原理,在分析四足步行动物运动机理的基础上,对四足仿生机器人的步态运动原理进行了分析,采用SolidWorks软件设计三维模型,采用UGNX软件对机器人腿部连杆机构和足部轨迹进行了运动学模拟仿真和分析,并利用软件和硬件的结合开发了控制程序,如慧鱼ROBO PRO可视化编程软件和TXT控制板,并采用慧鱼创意组合模型方式,搭接出四足仿生机器人实物,并进行了一系列步行实验。从结构设计、步态规划以及系统仿真和实物构建等各种方面,探索研究一般意义上的四足仿生机器人系统的设计和实现方法。目前已经实现了四足仿生机器人的前进、后退、前后俯仰、左右侧倾、避障并重新规划路线等动作。

串并混联四足仿生机器人动力学建模与分析

对一种可快速行走、承载能力大及侧向解耦较好的串并混联四足仿生机器人进行动力学建模与分析。阐述了腿部机构的布局,进行了运动学分析,建立了具有显式的线速度雅可比矩阵,并推导了各构件的速度与末端线速度的显式表达式。采用Lagrange方程建立了显式的腿部机构动力学方程,推导了腿部机构的逆动力学方程。通过实例对腿部机构的逆动力学方程进行验证,分析了步长对驱动液压缸最大输出力的影响规律;依据逆动力学方程建立了仿生机器人的移动能耗性能指标,并对仿生机器人的移动能耗进行了分析。实例与分析表明,动力学方程理论推导正确;在腿部足端着地的瞬间各驱动液压缸产生最大输出力,与抬腿高度无关;在直线行走和侧向行走时,随着步长的增加,液压缸输出力单调增大;在腿部机构侧向行走时,3个驱动缸中侧摆缸输出力最大。

四足仿生机器人液压驱动单元轨迹灵敏度分析

建立四足仿生机器人液压驱动单元数学模型,给出可描述液压驱动单元动态特性的时域和频域表达式,通过特定工况下液压驱动单元位移阶跃响应的仿真曲线与试验曲线对比,验证数学模型在该工况下的准确性。基于液压驱动单元状态方程,建立液压驱动单元轨迹灵敏度模型,通过求解液压驱动单元的位移阶跃响应对应其结构参数、工作参数及PID控制器增益的灵敏度函数曲线,研究液压驱动单元参数对其输出特性的影响,并以参数变化引起输出变化百分比为衡量指标,分析各参数变化对输出特性影响程度的大小,从而给出影响其稳态特性和动态特性的主要影响参数和次要影响参数,上述分析结论为四足仿生机器人液压驱动单元结构改进设计和控制器参数优化奠定理论基础。

基于力控制模式的四足仿生机器人的动力学仿真

针对四足仿生机器人,研究了基于力控制模式下的四足仿生机器人的动力学仿真实现方法.首先利用虚拟现实建模语言对四足仿生机器人进行仿真模型的建立和有关参数的定义;然后对四足仿生机器人按照空间向量代数建立运动学方程;接着,采用迭代牛顿-欧拉算法对四足仿生机器人进行逆动力学分析,以求得在力控制模式下的动力学仿真所需的各关节驱动扭矩,并建立了基于机器人中间件的动力学仿真系统.最后,通过四足仿生机器人在对角小跑步态下的动力学仿真实验,验证了该方法的有效性和实用性.

四足仿生机器人的循迹算法研究

为解决四足仿生机器人循迹问题,以Java语言中的Eclipse软件为编译环境,设计了改进的PID(proportion-integration-differentiation)循迹算法。与传统PID算法相比较,在对图像进行二值化处理的基础上,叠加了对机器人获取视野的首行末行、首列末列的双重检测,从而完善了对道路信息图像的识别与处理技术,使四足仿生机器人沿着既定轨迹精确前进。最后采用控制变量法进行多次实验,结果证明提出的算法是有效的,增强了机器人循迹的稳定性与鲁棒性。

爬行类四足仿生机器人的数字化建模与应用

爬行类四足仿生机器人具有冗余驱动的特征,其正运动学分析位移过程十分困难.基于四足步行机器人构型爬行类四足仿生机器人数字化模型的建模技术为:通过数字模型,驱动机器人的尺寸与主动关节角度,使机器人运动到相应位置.在确定了机器人模型的位置和姿态后,进行草图绘制建立坐标系.利用Solid Works中的测量函数,进行参数的测定,结合齐次变化矩阵,可以获得机器人位置和姿态的解.该方法用于机器人的运动学分析时,不需要进行详细的运动学公式的推导,只需要明确机器人各个零部件之间的约束关系,确定主动约束和被动约束即可.该方法的思想可以广泛应用于具有冗余驱动的机构运动分析中.

基于SCS的四足仿生机器人运动仿真平台

SCS(Simulation Construction Set)是Yobotics公司开发的对机械设备、仿生机械系统等复杂的多刚体系统进行运动仿真的软件包.基于SCS开发出一套面向四足仿生机器人的专用运动仿真平台,包括四足仿生机器人机构建模、基于VMC(Virtual Model Control)的动力学建模、地面接触模型及环境建模和数据处理模块设计.利用该仿真平台对一款16自由度四足仿生机器人的动态行走进行了仿真.结果表明:仿真过程流畅、快速、机器人行走平稳,验证了该仿真平台的实用性和可靠性.

四足仿生机器人单腿机构工作空间的优化设计

四足仿生机器人工作空间的形状和大小对其优化设计具有重要的作用.因此,对设计的四足仿生机器人单腿机构进行了简化,根据其髋关节、膝关节的运动参数范围,采用蒙特卡洛方法在Matlab软件上画出了其工作空间的形状,利用数值积分的思想求出了工作空间的面积大小并对几何误差进行了分析.最后,以足端工作空间面积最大为优化目标,确定了大腿和小腿的最优比例,实现了四足仿生机器人单腿机构工作空间的优化设计.

特种机器人行业的新锐--四足仿生机器人

随着控制技术、通信技术、能源技术和材料技术的飞速发展,四足仿生机器人逐步实现了高灵巧、多用途和轻量化,并向着高智能化方向迈进,在我国公共安全、巡检作业、探测搜救等应用领域都具有重大应用前景和产业需求。

四足仿生机器人足端工作空间的分析

四足仿生机器人工作空间的形状和大小对其优化设计具有重要的作用。在简化的四足仿生机器人模型的基础上,根据其髋关节、膝关节的运动参数范围,采用蒙特卡洛方法在MATLAB软件上画出了其工作空间的形状,利用数值积分的思想求出了工作空间的体积大小并对几何误差进行了分析。

全肘式四足仿生机器人爬台阶步态研究

针对四足仿生机器人爬台阶步态规划问题,构建一种全肘式仿哺乳类四足机器人步行机构与通信架构。首先,选择投影法将全肘式仿哺乳类四足机器人爬台阶过程的位姿向水平面转化。其次,分析机器人运动过程中重心的变化;利用水平面爬行步态静态稳定原理,对比研究全肘式仿哺乳类四足机器人多种步态的稳定裕度以及协调性,从而选择出最佳的爬台阶步态。最后,进行反复多次的对比实验,实验结果表明,所设计全肘式仿哺乳类四足机器人爬台阶步态具有良好的稳定性。

四足仿生机器人混联腿构型设计及比较分析

在机器人能研究领域当中,四足仿生机器人是一个十分重要部分.在此类机器人的研发当中,混联腿构型是一种较为常用的结构,其中对串联、并联等机构的特点进行融合,对于机器人的运动性能有着十分良好的提升.从自由度不同的角度,主要采用三种不同的构型,各自具有不同的特点.基于此,本文对四足仿生机器人混联腿构型的特点进行了分析,并且对不同构型进行了比较.

基于ZMP的四足仿生机器人反应式行为控制策略研究

针对四足机器人面向广域地形克服山地、砂石等障碍过程中会发生受力扰动造成失稳的问题,设计了一种基于零力矩点(Zero Moment Point,ZMP)稳定性判据的反应式行为控制策略.该控制策略采用基于非线性干扰观测器的滑模角度跟踪控制策略控制关节角,实现负载突变下四足机器人的机身姿态智能自适应稳定控制.Matlab和Adams仿真分析结果表明,该控制策略能够有效地提高四足仿生机器人对动态复杂地形及外界扰动的智能自适应能力.

四足仿生机器人的设计

近年来,机器人逐渐进入人们的日常生活,帮助人们处理一些复杂繁琐的事情。与此同时,有关机器人的比赛也蓬勃兴起,经过几十年的发展,不同机器人的比赛项目已经多达四十余种。而四足仿生机器人的相关赛事是最近几年才兴起的,本文对四足仿生机器人的结构进行设计并优化,使它能够快速完成任意轨迹的循线。

基于四足仿生机器人快递配送的研究

简要概述了中国机器人大赛中四足仿生机器人的参赛机制,详细介绍了四足仿生机器人的硬件平台结构以及快递配送项目的软件实现方案;从实践结果来看,仿生机器人具备过减速带、上台阶、过窄桥、下斜坡、过草地等地形障碍以及二维码识别、快递配送和快递投放任务的功能;从参赛结果来看,该机器人取得的优异成绩,验证了本文硬件设计与控制策略的正确性。

四足仿生机器人在火灾调查领域的应用

通过介绍国内外四足仿生机器人的研究背景和发展历程,对相关技术特点进行分析总结,同时结合火灾调查场景中四足仿生机器人的应用方式和研究成果,思考探讨技术研发思路和问题解决方案。

四足机器人仿生腿增强碳纤维3D打印技术及其实验研究

为了提高四足机器人仿生腿的使用性能,使其腿部结构满足高承载、轻量化要求,提出一种以连续碳纤维(CCF)为增强材料,以短切碳纤维增强尼龙为基体材料的混合增强3D打印技术,通过样条拉伸实验对碳纤维复合材料的伸性能进行了验证。使用连续与短切碳纤维混合增强3D打印制备四足机器人仿生腿,对四足机器人常见4种工况进行了静力学仿真,选取两类典型工况进行载荷测试实验,可知在站立工况下承载力提升了19.05%,变形量减少了50.70%,在30°外展工况下承载力提升了3.14%,变形量减少了43.05%,且重量减轻了18.83%,验证了连续碳纤增强材料替代传统铝合金材料的可能性。

基于单片机的仿生四足机器人设计与实现

仿生四足机器人有着广泛的应用和研究价值,它可用于运输、作为机械宠物、辅助工人工作或代替人类在某些特殊环境下进行作业。而对生物行为的模拟,也可能让我们发现某些机械结构所具备的运动和力学优势,并将这些仿生机械结构应用到更多领域。本仿生四足机器人采用全肘式腿型配置,大腿由舵机直接带动其旋转;小腿的运动则采用空间四杆机构,通过杠杆的方式使其摆动。步态选择为对角步态,单片机采用英飞凌TC264。仿生四足机器人还装有陀螺仪,用于感知运动姿态。为了方便发送指令和查看反馈数据,该仿生四足机器人除板载按键以外,还配有无线转串口模块和蓝牙模块两种通讯模块。

一种仿生四足机器人腿部机构的运动学分析与验证

提出了一种用于仿生四足机器人的新型串并混联腿部机构。首先介绍了四足机器人的结构组成,然后基于矢量分析法推导了该串并混联腿部机构的运动学正解与反解方程,并采用蒙特卡洛法求解了机器人腿部机构的工作空间,求出腿机构的速度雅克比矩阵。最后引入基于零冲击原则的足端轨迹,采用Adams软件对机器人单腿模型进行了虚拟样机仿真。仿真结果表明:各驱动电缸的速度变化曲线与理论计算结果一致,误差在±1×10^(-3)m/s范围内,验证了机器人运动学模型的正确性,间接验证了机器人位置方程和工作空间求解的正确性,为腿部机构的静力学分析和动力学分析及整机结构优化奠定了基础。

太阳能驱动的垃圾分类回收四足机器人

我国是垃圾产生大国,人们的垃圾分类意识淡薄,随意丢弃的垃圾分布范围广且有些垃圾不便于人工捡取。然而现有的垃圾分类回收装置存在外形笨重,续航能力差,耗能高,识别准确率低,速度慢,与回收环节难以高效对接等缺点。为此,设计了一款太阳能驱动的垃圾分类回收四足机器人,它的核心部分包括动力系统、运动系统、垃圾捡取机构、垃圾分类回收装置、倾倒装置、控制系统。其中太阳能发电装置将太阳能转化为电能驱动四足机器人工作,视觉检测装置检测并识别垃圾,垃圾捡取装置捡取垃圾并放入垃圾分类存储装置中,实现垃圾的智能分类回收。相比于现行的垃圾分类回收装置,该产品体积小,灵活度高,制造成本低,在提高日常垃圾回收效率的同时节约了时间和人力,拥有较高的推广价值。