面向桁架攀爬的三分支机器人步态规划方法

为解决载荷大范围在轨平稳搬运问题,设计三分支机器人面向桁架攀爬的步态规划方法,使其能够平稳搬运载荷运动到部署位置完成大型航天器组装任务。以21自由度三分支机器人为研究对象,结合桁架结构划分多种攀爬步态单元;针对每种步态单元规划了单元周期内2条攀爬分支的交替夹持顺序以及末端的夹持位姿;针对大范围桁架搬运任务,基于可夹持区域构建表征桁架表面任意两杆间可过渡性的邻接矩阵,并利用Floyd算法生成距离矩阵与路径矩阵,规划出任意两杆间的最短攀爬路径,并将路径中的桁架杆件节点序列映射为机器人可执行的步态单元序列;基于三次B样条曲线对每种步态单元周期内2条攀爬分支的末端轨迹进行规划,实现攀爬分支末端在两夹持点间的攀爬过渡。仿真实验表明:所设计的步态规划方法能够使机器人实现在不同位置关系的桁架杆件之间的过渡,从而具备到达桁架表面任意位置的能力。

受海龟爬行与山羊行走启发的四足仿生移动机器人多步态规划及动力学分析

为解决救援机器人运动速度慢、环境适应性差和步态单一等问题,参照海龟与山羊的生理结构,设计了一种四足仿生移动机器人。首先,根据海龟能在松软地面上爬行以及山羊运动能力强的特点,为机器人规划了仿海龟爬行和仿山羊行走两种步态以适应不同环境,提高了机器人的运动性能。然后,对机器人支腿进行了动力学分析,通过建立动力学模型来获取机器人关节扭矩与运动性能参数之间的定量关系。最后,通过仿真和样机实验来验证机器人步态的可行性以及机器人的环境适应能力。结果表明,所设计的机器人结构稳定,步态规划合理,可适应不同的复杂地形。研究结果可为仿生机器人的设计与开发提供重要参考。

月基装备行走运动学分析与连续步态规划

针对缓冲行走功能一体的月面探测器构型设计困难、步态分析复杂等问题,提出了一种基于相同支链构型的四足月基装备(LBE)设计分析方法与连续步态规划方案。设计复合功能着陆腿机构及整机多状态位姿;构建LBE在行走状态下的单腿运动学模型,对其进行正逆运动学求解,分析单腿与整机工作空间和运动性能;对LBE整机进行水平月面的连续步态规划,并设计单步足端轨迹,通过动力学仿真,验证LBE行走步态稳定性。仿真结果表明:LBE沿前进方向连续稳定运行,质心竖直方向浮动仅占整器高度的0.24%,俯仰角最大摆动幅度为0.34°,翻滚角最大摆动幅度为0.27°。

金属矿山井下采场六足机器人运动分析及步态规划

六足机器人因其结构特殊带来的良好越障能力成为仿生机器人研究的热点,然而,金属矿山井下采场矿石堆积、崎岖不平的特点,给这类机器人的行走稳定性、越障性带来更多的挑战。因此,为使六足机器人在井下具有更好的通过性,对其运动能力和步态规划进行了相关研究。首先仿照自然界六足生物,设计六足机器人结构,对其腿部进行运动学分析;然后规划了用于采场的直行步态,结合采场路面环境设计了一种直线—摆线复合轨迹提升越障性,同时分析了机器人爬坡稳定性,对爬坡步态进行了优选;最后对规划步态进行仿真和现场模拟试验。仿真和试验结果表明,所规划的足端轨迹能跨越抬腿高度85%的障碍物,并且对矿石堆积形成的采场路面有更好的避障能力;三角步态爬坡时在坡底和坡顶过渡阶段容易打滑,而横向步态可以实现平滑的过渡,爬坡性能更佳。

电力巡线便道四足清障机器人步态规划与仿真

针对传统轮式、履带式清障机器人无法克服复杂地形的问题,提出了一种基于四足机器人的巡线便道清障机器人。对作业环境与作业任务要求进行了分析,结合分析结果设计了巡线便道四足清障机器人的虚拟样机模型。针对越障、爬坡、台阶攀登这3种复杂工况对机器人进行步态规划,利用四足机器人单腿运动学模型与动力学模型推导了运动关节的参数。仿真结果表明,此四足清障机器人在上述3种工况下可以稳定运行。

基于MPC的双足机器人质心与足端联合步态规划

为探索双足机器人在农业环境中的应用,研究双足机器人在复杂环境下的步态规划与稳定性控制问题,提出一种结合简化模型与模型预测控制(MPC)的控制方案。该方案包括离线和在线2个阶段。离线阶段,基于MPC通过三维线性倒立摆模型规划质心的轨迹和速度;在线阶段,根据质心的规划结果,基于MPC通过简化刚体动力学模型计算支撑腿的足端稳定力与力矩,由雅各比矩阵映射为关节驱动力矩,摆动腿由五次多项式生成的足端轨迹联合质心轨迹,通过逆运动学和关节PD控制生成驱动力矩。仿真结果表明,与关节角度控制方法相比,该方案在步行过程中质心前向轨迹的跟随精度提升了71.1%,并且降低了步态相位切换时足端冲击的影响,确保了双足机器人的步行稳定性,为双足机器人在复杂农业环境下的工作提供可能。

机器鳄鱼运动的仿生步态规划方法

模仿真实动物的运动步态是仿生机器人步态规划研究的一个重点。针对一种新型仿生机器鳄鱼的步态规划问题,采用动作捕捉技术获取了真实鳄鱼的运动步态。在此基础上,利用高斯牛顿法求解出机器鳄鱼的腿部关节角度,拟合得到与真实步态轨迹相似性较好的仿生步态,并分析了机器鳄鱼在该步态下的运动稳定性。虚拟样机的运动仿真实验结果表明:机器鳄鱼能用与真实鳄鱼相似的步态,以0.3 m/s的速度向前爬行,且具备较高的稳定性。

基于ZMP的人形双足机器人步态规划研究与实践

针对人形双足机器人在复杂环境下存在步态难以保持稳定、行走平衡性差等问题,提出了一种基于ZMP的人形双足机器人步态规划方法。介绍了ZMP方法步态生成的原理,通过人形双足机器人在平坦路面和上下台阶两种不同场景下的步态规划实验,对这种步态规划方法进行全面考察和验证。仿真结果表明,基于ZMP的人形双足机器人步态规划方法无论是在平坦地面还是在上下台阶环境下都能实现平稳行走,该方法对于推动人形双足机器人步态规划技术的进步、拓宽其应用领域具有重要意义。

仿真四足机器人足端轨迹分析及步态规划研究

本研究旨在分析仿真四足机器人的足端轨迹,并进行步态规划研究,以实现更稳定和高效的机器人运动。本研究目标主要聚焦于四足机器人足端轨迹的规划研究,考虑关节角度、支撑腿和摆动腿的协调,以获得平稳的步态。研究结论表明,不同类型的足端轨迹对机器人的步态和运动效果有显著影响,曲线轨迹能提供更平滑的运动过程。本研究的意义在于为四足机器人的设计与控制提供了重要参考,为实现更高水平的机器人移动能力和应用提供了理论基础和技术支持。

基于ADAMS的仿壁虎机器人步态规划及仿真

分析了一种仿壁虎机器人的机械结构及其运动学原理,通过对壁虎运动行为的研究,规划了一种仿壁虎的墙面爬行对角步态.利用ADAMS对机器人沿垂直壁面爬行的运动进行了仿真,分析了模型质心位移、关节转矩以及足部与壁面之间的接触力等参数.最后通过实验分析,验证了结构设计、步态规划的合理性,所选择的电机符合设计要求.

基于ZMP的拟人机器人步态规划

拟人机器人具有广阔的应用前景 ,研制工作得到了各国的重视 ,近年来已取得巨大的进展 ,但仍存在大量的理论和技术问题有待深入研究 ,基于零力矩点 (ZMP)的轨迹规划是需解决的关键技术之一 .本文比较分析了一般的双足步行机与拟人机器人的步态规划特点和基于双足步行的两步规划方法 ,提出了一种适用于拟人机器人步态规划的新方法——逆两步规划法 ,仿真研究表明采用这种方法规划

仿生六足机器人步态规划策略实验研究

采用日本弓背蚁进行常规步态实验学研究和仿生学探索,通过对高速数字摄像机采样结果的判断和分析,发现了蚂蚁后足的滑行过程并定义为"滑动相".此外,还针对蚂蚁直线前进步态给出了合理的步态关系表达式,通过与周期规则步态的对比证明了该式的现实可行性,为仿生六足机器人进行周期不规则步态的规划奠定了理论基础.所采用的实验学研究和仿生学探索相结合的方法能有效提高仿生机器人的技术水平.

减重步行训练机器人步态规划方法的研究

目的:探讨减重步行训练机器人的步态规划方法。方法:设计了3组健康人步态分析实验,包括步长不变、改变步频行走实验、步频不变、改变步长行走实验和电动跑步机与平地行走对比实验,并对7名健康实验者的步态轨迹数据进行对比分析。结果:将髋膝关节角度曲线对步态周期进行归一化处理后,通过对比分析得出如下规律:步长不变、改变步频时步态轨迹不发生改变;步频不变、增大步长时步态轨迹中髋膝关节角度曲线随之呈非线性增大;电动跑步机与平地行走时步态轨迹基本相同,可用平地步态轨迹对减重步行训练机器人进行步态规划。结论:可以利用一组标准参考步态轨迹来进行减重步行机器人的步态规划,通过改变有关参数来产生不同步频和步长的运动轨迹,从而满足康复训练的要求。

双足爬壁机器人壁面凹过渡步态规划研究

针对腿足式爬壁机器人在壁面过渡时的步态规划问题,以一种真空吸附式双足爬壁机器人为研究对象,在步态分析的基础上,基于有限状态机建立了机器人的步态模型,进而提出了基于加权插值和BP神经网络的双足爬壁机器人壁面凹过渡在线步态规划算法,为提高机器人壁面过渡的自主控制能力奠定了基础.仿真分析和实验结果表明,该步态规划算法对于实际的机器人系统是有效的和可行的.

崎岖地形环境下四足机器人的静步态规划方法

为了使四足机器人能够通过姿态调整提高其自身的地形适应性,给出了机器人姿态调整角的计算方法。四足机器人在行走过程中通过躯干的摆动增加稳定裕度,并使用五次曲线对躯干运动轨迹进行规划,保证了整个运动过程的连续性。另外,为克服机器人无法获取地形信息的不足,规划了一种矩形摆动足足底轨迹。仿真实验结果表明:使用提出的静步态规划方法,四足机器人可以在未知地形信息的情况下,实时、自主、稳定地通过复杂度较高的崎岖地形。

考虑综合步行约束的仿人机器人参数化3D步态规划方法

给出了一种三维环境下双足行走的参数化步态规划方法,建立了仿人机器人13质量块约束动力学模型。考虑单腿支撑和双腿支撑无冲击连续切换的六点边界约束条件、可行步态物理约束条件以及ZMP稳定性约束条件,以关节输出力矩函数的二次型积分值最小作为优化指标,采用参数化步态优化方法,将复杂关节轨迹的规划问题转化为分段多项式系数组成的有限参数向量的优化问题,得到了快速和慢速两组光滑无振动的优化步态。仿真和样机实验验证了该方法的有效性。

基于ADAMS的液压驱动四足机器人步态规划与仿真

为实现机器人的高负载、不平地面的高适应性运动要求,设计了一种液压驱动的四足机器人。分析了四足机器人的机械结构,机器人腿结构具有运动关节少、运动空间范围大特点,利用ADAMS规划设计了四足运动步态,并在ADAMS中进行动力学仿真。仿真分析了对角步态下机器人质心位移、液压缸驱动力以及与地面的接触力等参数,获得了液压缸工作流量、功率参数。仿真结果验证了机器人结构设计、步态规划的可行性,为液压缸、发动机选型提供了参考依据。

基于Matlab的仿壁虎机器人仿生步态规划与仿真

在深入观察分析壁虎爬行步态的基础上，针对其非连续约束变结构运动特点，进行了新型仿壁虎机器人的运动学分析，设计了一种前脚掌姿态和落点位置参数可调的仿生多步态规划方法，以弥补现有的步态规划方法中存在的运动协调性差、适用面窄等不足。基于Matlab软件平台开发了仿生步态规划程序，分析比较了仿壁虎机器人在对角和三角步态下的仿真实验结果，结果表明，仿壁虎机器人运动协调稳定，能够实现不同环境下的步态要求，验证了仿生步态规划方法的正确性和可行性，为基于不同环境下多步态数据生成奠定了基础。

八足仿蟹机器人步态规划方法

为了研究八足仿蟹机器人的步态方法,分析了生物螃蟹的运动特点,对八足仿蟹机器人的步序和步态参数进行了规划研究.通过研究相位因子变化对步态的影响,提出交错等相位波形步态.在满足步态稳定性和速度要求的前提下,计算出最小步足占空比.将能耗比作为步态性能的评价标准,对步态能耗进行分析,当相位因子为0.25时,能量损耗达到最小,而步足占空比与能量损耗成正比.步态仿真与实验结果表明,交错等相位波形步态与双四足步态相比具有更好的行走稳定性和较低的能耗比.

脊柱型四足机器人运动学建模及对角小跑步态规划

针对四足机器人在常规对角小跑步态中绕对角支撑线的翻转力矩会导致机器人失衡问题,在运动学建模和失衡原因分析的基础上提出了2种新颖的对角小跑步态规划方法:叠加腿部侧摆运动的对角小跑步态和叠加脊柱偏航摆动的对角小跑步态.前者引入腿的侧摆关节的运动调节支撑腿足端轨迹,后者增加脊柱偏航关节的运动调节机器人的重心并保持足端轨迹不变,这2种方法均使机器人重心在整个对角小跑步态周期位于对角支撑线上.仿真结果显示,相比于常规对角小跑步态和足端轨迹后移的对角小跑步态,提出的对角小跑步态规划方法显著提高了机器人运动的稳定性.此外,提出的规划方法在存在模型误差时具有鲁棒性.