提升四足机器人行走稳定性的对角步态规划方法

针对四足机器人在采用对角步态行走中容易失稳的问题,提出了通过改变对角步态中支撑足的初始位姿来改善并提升运动稳定性的方法.结合零力矩原理,找到四足机器人支撑足最佳初始膝关节转角θ1和髋部前向关节转角θ2,从而确定四足机器人支撑足的最佳初始位姿.仿真表明:四足机器人运动采用不同初始位姿时,运动过程中的稳定性不同.当取最佳初始位姿时,四足机器人的机身偏转量最小,稳定性最好.由此证明,通过调整支撑足的初始状态可以有效提高四足机器人在采用对角步态行走过程中的稳定性.

基于对角步态下的液压4足机器人能耗研究

移动能耗是液压4足机器人的一项重要性能指标,因此,对不同步态参数下液压4足机器人的移动能耗分析研究具有重要意义.文中对液压4足机器人进行运动学和动力学建模,利用运动学和动力学模型,根据机构的几何关系得到液压缸运动状态.规划了摆线函数和三次曲线函数在对角步态下的足端轨迹,对比分析了两种足端轨迹的能量消耗,着重研究了不同步幅、步高、入地角度、周期大小、约束角度以及斜坡角度对移动能耗的影响.研究结果表明,综合考虑系统的稳定性、冲击力以及速度要求,应选择相对较大的步幅、较大的周期以及较小的入地角度,在满足跨越障碍的情况下,应选择低步高,对整个周期能耗进行考虑,应选择约束入地角度.

关于带对角步的格路一文的纠错

指出了V.K.Rohatgi一文中关于从(0,0)到(m,n)的带对角步和其它限制的格路的三个计数公式是错误的,并给出了正确的形式.

仿生四足机器人对角步态规划及稳定性分析

以仿生四足机器人作为研究对象,为改善对角步态的稳定性,提出了通过改变对角步态中支撑足的初始位置来提高机器人运动稳定性的方法。通过支撑足位置参数n来改变其初始支撑位置,仿真表明:n从0开始递增直至0.3,稳定性逐渐提高;在n=0.3附近翻转角达到最小,机身偏转最小,稳定性最好;n>0.3之后稳定性又逐渐减弱;此外在步态规划中研究发现以复合摆线作为足端轨迹相比于椭圆曲线更有利于机器人行走的稳定性。仿真与实验证明了该方法的准确性以及可行性。因此,通过调整支撑足的初始位置以及选择复合摆线作为足端轨迹能使机器人的稳定性有较大提高,为仿生四足机器人的对角快速稳定行走奠定基础。

一种四足机器人对角步态仿真分析

仿生四足机器人因具有控制简单、多种路况适应性强、环境适应性强等优点而成为仿生学研究的焦点。文中针对四足机器人模型复杂性、对角步态难以控制等问题,搭建了四足机器人仿真平台。从SolidWorks中建立四足机器人模型,并获得其运动学方程。采用ADAMS和Simulink联合仿真的方法,实现了该机器人的对角行走。通过仿真可知机器人在7 s内前进距离约0.65 m,质心在垂直方向波动量较小,证明机器人能实现稳定运行,为机器人动力学和轨迹规划奠定了基础。

基于重心动力学及虚拟模型的负载型四足步行平台对角步态控制方法

为提高负载型四足步行平台对角步态行走的稳定性,减小较大的腿部质量及偏心质量对稳定行走的影响,提出融合重心动力学及虚拟模型的控制方法.应用虚拟模型控制方法对机身及摆动腿加速度进行求解.结合平台重心动力学模型得到其所受合外力,而后应用二次规划将平台合外力分配到支撑腿足端.接着运用逆向动力学和关节空间PD控制得到步行平台关节力矩.通过Adams和Simulink对负载型四足步行平台对角步态行走进行仿真,并将该方法与虚拟模型控制算法进行对比.结果表明重心动力学及虚拟模型控制方法能够使平台姿态角稳定在目标值附近,在平台受到侧向冲击情况下横滚角、俯仰角分别减小约42%、21.8%,在机身偏心全向行走过程中减小50%、89%.证明了所提控制方法能够有效应对较大的腿部质量及偏心质量的影响,提高负载型四足步行平台对角步态行走的稳定性和鲁棒性.

负载型四足步行平台对角步态重量自适应行走控制

针对负载型四足步行平台重量变化时控制问题,提出了基于重心动力学与滑模自适应的控制方法。将步行平台的控制分为机身的控制及摆动腿的控制两部分,应用重心动力学与任务空间PD控制方法进行机身的运动控制,应用虚拟模型控制方法进行摆动腿的运动控制。而后,在平台高度方向应用滑模自适应控制算法,实现步行平台对重量变化的适应及重量识别,结合重心动力学提高平台前进速度及侧向速度跟踪的准确性。运用Adams和Simulink对步行平台重量变化时平地及斜坡对角步态行走进行仿真,并与虚拟模型控制方法进行对比。结果表明,重心动力学及滑模自适应控制算法实现了步行平台对重量的自适应性,且减小了前进速度和侧向速度跟踪误差,证明了所提控制方法的有效性。

基于余弦振荡器的四足机器人步态生成与仿真

为实现四足机器人的稳定运动,基于四足机器人对角步态的几何模型,建立余弦振荡器,生成节律运动的上层架构以及上、下层之间的关节映射,得到完整的步态生成策略,并建立四种关节配置形式的机器人虚拟样机模型,进行运动学和动力学仿真。仿真结果表明,基于余弦振荡器的步态生成方法能够满足各种关节配置形式的机器人步态要求,验证了步态生成方法的正确性和普遍适用性,且根据机体波动率的比较,确定前肘后膝式具有更好的稳定性。

四足机器人Trot步态规划与仿真分析

为了提高四足机器人对角步态的稳定性,缓解对角步态摆动相两条腿不能同时着地的问题,从足端轨迹优化、足端初始位置选择这两方面进行步态规划。通过D-H法建立四足机器人运动学模型,几何法求运动学逆解。基于零冲击原则优化足端轨迹函数,选取8种不同的初始足端位置进行仿真。从足端冲击力、机体位移、俯仰角、滚动角、偏航角的变化等方面分析四足机器人运动的稳定性。对比仿真结果表明:采用优化后的足端轨迹、优选后的足端初始位置的四足机器人,对角步态运动更为稳定。

液压作动的四足机器人步态规划及运动分析

以电机作为驱动力的四足机器人由于受到关节电机输出力矩的限制而无法承担较大负载,而以液压能作为驱动力则可承担较大的载重,这在军事后勤运输方面具有重要意义。文中设计了一种以液压能作为驱动力的四足机器人的腿部机械结构,对其进行了步态规划并建立了四足机器人对角小步跑的运动学模型,分析了腿部各个结构部件的运动规律,为进一步研究四足负重机器人的驱动控制提供了参考。

基于余弦振荡器的四足机器人trot步态仿真

在四足机器人常见的trot步态行走的研究中,为提高机器人在复杂环境下的适应性,设计了中枢模式发生器运动控制模型。利用余弦函数构建CPG的振荡器,建立了两层的CPG网络模型。第一层由四个具有固定相位差的振荡器分别控制机器人的四个髋关节,第二层通过建立膝髋关节之间的映射关系控制膝关节,实现了四足机器人trot步态直线行走以及跨越沟壑行走。利用SolidWroks软件建立四足机器人三维模型,并导入ADAMS中建立虚拟样机进行动力学仿真,实验结果表明,余弦函数振荡器能够实现四足机器人trot步态行走。

四足宠物机器狗动态步行规划与仿真

以四足宠物机器狗爱赛比为研究对象,分析机器狗步行机构组成,建立关节结构模型,根据仿生学原理对四足机器狗的对角线一致的步态运动进行了分析与规划,利用Matlab对步态规划进行了仿真并采用关节控制器验证了对角线一致的步态运动分析与规划的正确性。步态规划为四足机器人实现高速行走提供了一种可行的方法。

运输四足步行机动平台行走侧向速度控制仿真

侧向速度控制是机动平台在三维空间中实现快速稳定行走的基础。由于运输四足步行机动平台对角步态行走过程中存在四足腾空相,机体在上升及下降阶段所对应的虚拟刚度变化较大,传统的侧向速度控制方法无法保证机动平台侧向行走稳定性。在四足步行机动平台运动学分析及虚拟模型控制方法阐述基础上,结合SLIP运动规律的分析,对传统控制方法进行改进,分别提出了考虑腾空速度、考虑腾空速度及平均速度的对角步态侧向速度控制方法,针对理想侧向速度为0及侧向存在运动需求两种情况分别进行了仿真研究,并对结果进行对比分析。结果表明考虑腾空速度及平均速度的对角步态侧向速度控制算法误差较小,较好的满足了对侧向速度的控制需求,证明了考虑腾空速度及平均速度的控制算法的有效性。

未知崎岖地形下四足机器人复合抗扰柔顺控制

为使四足机器人能够在未知崎岖地形中以对角(Trot)步态柔顺且稳定地行走,提出了一种复合抗扰柔顺控制策略。首先,四足机器人的机身和支撑相采用内外环分层控制策略,外环采用全局快速终端滑模控制器来控制机身的位姿,以使机身位姿快速精确地收敛到平衡状态,并通过设计非线性干扰观测器来消除系统不确定性和外界扰动,以进一步提高系统的鲁棒性;其次,内环采用基于力的PD控制器,以使支撑相的足端接触力能够跟踪滑模控制器所需的期望力,实现足端与地面的软接触,减少对机器人的冲击;同时,摆动相采用具有相同主动柔顺性的阻抗控制器;最后,采用MATLAB/Simulink进行了对比仿真实验,结果表明在所提控制策略下,四足机器人在未知崎岖地形中行走具有良好的鲁棒性和柔顺性。

四足机器人质心位置规划及稳定性分析

在四足机器人动态稳定性研究中,为保证四足机器人在采用离线对角步态行走过程中的动态稳定性,研究了一种新的稳定性保证方法,通过模型分析法建立机器人的数学及物理模型,从理论角度分析了重心位置对机器人稳定性的影响,得出了较为合理的重心位置规划区域,并使用Adams动力学仿真分析软件进行了虚拟模型的仿真测试。实验结果验证了改进重心位置规划方法的有效性及合理性,并在实物样机试验过程中有效地保证了机器人行走时的稳定性。

基于格路模型的组合恒等式及其证明

用格路模型方法证明了一些组合恒等式,并进一步考虑带对角步的格路问题,给出了一些恒等式及其组合证明.

四足机器人足端复合轨迹运动特性研究

为提高四足机器人的运动平稳性和地形适应能力,使其顺利通过复杂崎岖地面,提出了一种四足机器人分段复合足端轨迹规划方法,将足端轨迹规划分为起步、跨步、落地三个部分。针对机器人足端在起步阶段碰撞未知不规则凸台、跨步阶段越障效率低及足端落地适应地形问题进行了足端轨迹曲线优化设计。在仿真环境下,通过虚拟模型控制方法控制机器人以对角步态分别在平地环境、复杂崎岖地形环境下运动,仿真结果表明,四足机器人以设计的足端轨迹在复杂崎岖地形上运动具有更小的机身波动和方向偏移,可在一定程度上适应崎岖地形,抵御运动环境中未知障碍干扰。

基于张量理论的数控机床误差补偿模型

为了进一步提高数控机床多体运动学误差模型的精度,提出了基于张量理论的机床误差补偿模型。首先面向数控系统列表插值补偿方式,提出了应用张量理论设定基础阶、扩展阶和误差阶来建立机床误差张量模型。然后,提出了采用设定机床信息、建立张量模型及设定检测参数3个流程实施误差补偿,并通过多元回归分析提出了采用4阶多项式拟合机床空间误差。最后,以某重型车铣复合机床实验为例,提出了分轴步进对角线法下的张量误差模型,采用球杆仪进行了圆度误差检测实验,结果表明该方法能够有效地提高机床精度,比多体运动学误差模型的补偿效果更优。

基于质心稳定的四足机器人轨迹规划与仿真

以四足机器人为研究对象,对机器人足端轨迹进行3种轨迹规划。以机器人质心稳定为原则,在trot对角步态下对每种足端轨迹进行仿真分析,从而选择出最优的足端轨迹。为trot步态下四足机器人足端轨迹规划研究提供了新思路和新方向。

适用多种环境的救灾勘探四足仿生机器狗

随着自然灾害的频发,救援人员的伤亡人数也在增加,机器人代替人完成救援工作成为研究热点。根据对国际相关领域研究成果的分析,设计了一款稳定性高,环境适应能力强的仿生四足机器狗。全身支架采用铝合金打造,腿部采用碳纤维打造,搭配大扭矩电机,结合六自由度机械臂,实现不同地形环境下的前进方式转换。基于前肘后膝式的腿型设计并结合ADAMS仿真,实现稳定行走。结合气体检测和图像识别模块,实现救灾现场的环境勘探和搜救任务。基于稳定裕度最优化的原则,采用对角步态的行走步态控制方式。公布了8自由度前肘后膝X腿型式四足机器狗机械设计及其步态控制方案。