复杂附体结构仿生机器蟹水动力特性研究

借鉴变形机器人的变形技术,在传统仿生机器蟹设计上引入可变形水下滑翔机的概念设计,仿生机器蟹可根据不同工作任务,自主切换工作模式。基于粘性流体理论,将滑移网格法与多计算域法高效结合,对计及复杂附体结构的仿蟹机器蟹水动力性能进行研究,获得在不同航速、不同攻角下的升阻特性;对其压力场、速度场和涡量场的分布进行分析,得到仿生机器蟹在滑翔模式下的最优攻角,并为仿生机器蟹优化设计打下基础。

仿生机器蟹步行腿结构设计及运动学、动力学分析

仿生机器蟹是一种采用微型直流伺服电机驱动的仿生步行机器人,本文详细介绍了机器蟹步行腿设计及其运动学分析、动力学分析。在对仿生机器蟹运动学特性分析的基础上得出优化结构参数,并应用于实际系统设计。同时利用先进的动力学仿真软件建立了仿生机器蟹三维仿真模型,仿真结果验证了运动学和动力学数学建模的正确性,及结构设计的可行性。

仿生机器蟹的模型建立及优化

在对河蟹腿结构观察和测量的基础上,通过对原始观察数据分析建立了简化的仿生机器蟹腿结构,确定了仿生机器蟹步行机构的初始结构参数,利用仿真软件建立系统的仿真模型,对初始结构参数做了进一步优化.优化结果对仿生机器蟹结构设计起到重要的指导作用.

仿生机器蟹样机研究

文中介绍的仿生机器蟹具有8足,24个自由度,基于ARM的双层分布式递阶控制方式,通过多传感器获取环境信息,调节身体的姿态,目标是可以自主地在海滩、礁石区和崎岖不平的环境行走.文中介绍了仿生机器蟹原理试验样机研制的过程和主要研究方法,主要包括生物原形分析、模型的建立、运动学分析、步态问题、机械结构设计、控制系统设计和原理样机的试验等内容.在单步行足的控制实验的基础上,进行了原理样机的整机行走实验研究.仿生机器蟹能够实现前进、后退、横行、转弯等功能,并具有一定的越障能力.进行仿生机器蟹的研究,目地是建立多足步行机器人的研究平台.

基于ADAMS的仿生机器蟹步行腿运动学和动力学分析

本文根据生物蟹原型设计了一种仿生机器蟹,通过分析其步行腿的关节变量和连杆参数信息,采用D-H方法建立连杆坐标系,并根据齐次坐标变换和拉格朗日方程分别推导出其运动学和动力学方程,从而得到关于连杆的位姿和驱动力矩、角速度、角加速度等规律信息。利用动力学分析软件ADAMS对所建模型进行仿真验证,以分析其运动性能,对进一步研究这种机器人的动态性能、运动控制和机构优化等方面具有重要意义。

TMS320C54x与PC机串行通信在仿生机器蟹系统中的应用

在仿生机器蟹控制系统中,协调控制层接受从组织规划层传来的命令,经过实时信息处理,产生一系列可供执行器执行的具体动作的序列,又细分为各步行足模块间协调和步行足各关节之间协调2层任务.DSP需要进行大量的运算,而且实时性要求很高.介绍了TMS3205x与PC机进行串行通信的方式,利用异步通信芯片TL16C550C实现了仿生机器蟹系统中TMS320VC5410与PC机的串行通信,并给出了通信的硬件接口电路和软件流程图以及TL16C550C的初始化程序.

仿生机器蟹单足惯性参数在线识别神经网络模型

机器人惯性参数识别是机器人精确建模以及机器人控制和仿真的关键问题之一。足端力传感器的接入会影响机器蟹系统的动力学特性,同时力传感器的输出也真实地反映了机器蟹的力作用和机器蟹足端的动力学特性。文中基于足端力传感器的输出信号,对在线识别仿生机器蟹单足末端惯性参数进行了分析和研究,并建立了惯性参数在线识别的神经网络模型,网络学习后其权值即为辨识的惯性参数。

两栖仿生机器蟹的单足路径规划和生成

以两栖仿生机器蟹为对象,对步行足单足的路径规划和生成问题进行了探讨.通过对步行足足尖点路径所需满足的条件的分析,分别对处于摆动相和支撑相的步行足采用六次和五次多项式逼近的方法得出了单足路径的一般性表达式,在支撑相路径规划时,采用了相对运动法.采用这种多项式逼近的方法,结合一个算例对两栖仿生机器蟹的单足路径进行了规划和生成关节控制量的运动学反解,通过计算机仿真得到的结果验证了此种路径规划方法能够得出良好的足尖路径曲线,以及良好的起落特性,可以应用于两栖仿生机器蟹的单足控制当中.

仿生机器蟹足力觉检测系统

针对二十四自由度仿生机器蟹研制过程中面临的复杂障碍环境行走的问题,给出应变梁结构的蟹足力觉检测与反馈系统,该传感器采用了梁式应变计,与蟹腿集成为一体,将应变力变换为电信号,经放大器、A/D转换器等信号处理后送入FPGA实时解耦、计算,将X,Y,Z轴的力觉信号通过485总线传到上位机,上位机中建立了机器蟹足与障碍物接触的力觉模型,使机器蟹能够判断障碍物的概况。实验结果表明:该系统测量精度达到了4.5%,响应时间为50μs,能够有效地感知障碍物情况。

两栖仿生机器蟹单足运动控制系统

建立了两栖仿生机器蟹的单足运动控制系统。系统采用了基于TMS320LF2407芯片的硬件结构, 在VC6.0中编制了上位控制程序,用多项式的方法实现 了足尖路径的实时规划,采用了Bang-Bang控制和PID调 节相结合的双模控制算法实现位置伺服控制。

仿生机器蟹变结构力觉传感器的设计及数据处理

针对二十四自由度仿生机器蟹研制过程中面临的蟹腿微型化问题,设计了变结构的蟹腿力觉传感器,该传感器与蟹足的腿节、胫节集成为一体,在蟹腿运动过程中传感器结构发生变化,为数据处理带来了困难,为此利用FPGA设计了高速高精度的CORDIC离散三角函数发生器,实时解耦、计算,并给出了仿真结果,确保了精度和实时性.该传感器安装在仿生机器蟹上,使机器蟹能够在复杂的环境中探知障碍物的方位,验证了该结构传感器的有效性.

电机驱动型两栖仿生机器蟹步行腿研究

针对仿生机器蟹的结构特性及其微型伺服电机的功能特性设计需要,在对仿生机械运动学特性分析的基础上,给出了一种采用微型直流伺服电机驱动的仿生机器蟹步行腿设计,得出了优化结构参数,并应用实际系统设计;同时给出了基于三闭环控制框架的关节电机驱动控制方法,提出了多关节驱动系统控制结构。通过计算分析验证了结构的合理性和控制的可行性。

仿生机器蟹步行腿结构设计及运动学、动力学分析

本文介绍了一种采用微型直流伺服电机驱动的仿生机器蟹步行腿设计及其运动学、动力学分析.在对仿生机器蟹运动学特性分析的基础上得出优化结构参数,并应用于实际系统设计.同时利用先进的动力学仿真软件建立了仿生机器蟹三维仿真模型,仿真结果验证了运动学和动力学数学建模的正确性,及结构设计的可行性.

仿蟹滑翔机器人与螺旋桨耦合作用下自航性能研究

针对一种新型仿蟹滑翔机器人,以提高其机动性为目的进行研究。选用合适的螺旋桨,基于粘性流体理论,利用计算流体软件Fine/Marine开展螺旋桨敞水性能计算,将滑移网格法与多计算域法有效结合,研究仿蟹滑翔机器人与螺旋桨耦合作用下的自航性能进行研究,对其直航运动;预报加速到定常运动的整个过程。为仿蟹滑翔机器人设计提供理论依据。

一款八足仿蟹机器人结构设计及其有限元分析

仿生机器人是机器人技术研究领域的一个重要组成部分。通过对螃蟹的特征分析,设计了一款八足仿蟹机器人,对其结构组成及技术参数等进行详细说明,并完成三维建模;利用ANSYS软件对其进行了有限元分析,以期进一步指导该机器人的结构优化设计。

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.

仿蟹机器人行走稳定性判定方法

为了准确评价仿蟹机器人的行走稳定性及稳定裕度,提出了一种适用于多足机器人动态稳定性的判定方法。该方法首先分析引起机器人行走倾翻的各种干扰项,利用三维力传感器测量足端落地时的接触力,根据达朗贝尔原理将其向机器人质心等效获得质心点倾翻合力;然后结合实验得到八足仿蟹机器人质心波动,通过解空间矢量方程得到倾翻轴垂线矢量;最后将倾翻合力与倾翻轴垂线矢量相结合建立起力角稳定裕量(FASM)的数学模型,以归一化FASM的大小来间接判定机器人的稳定性。仿真和实验结果表明,该方法能够准确判定仿蟹机器人行走稳定性并动态显示稳定裕度变化。

仿蟹机器人交错等相位波形步态研究

在观察生物螃蟹的基础上,研制了仿蟹机器人实验样机.利用事件序列法对生物螃蟹的行走过程进行了分析,提出了仿蟹机器人交错等相位波形步态.交错等相位波形步态以2n足波形步态为基础,将8个步行足交错分为两组,通过调节组内先后摆动的两步行足间的相位因子,使同组的各步行足相位平均分配在一个步态周期内,以减小机体能量损耗.仿蟹机器人样机行走步态实验结果表明,交错等相位波形步态符合生物螃蟹的运动特点,与双四足步态相比,机器人具有良好的行走稳定性和较小的驱动功率波动幅度,步行状态平稳.

基于CPG的仿蟹机器人复杂地形步态生成方法

为了提高仿蟹机器人的复杂环境适应性,提出一种基于生物神经反射机理的自适应复杂地形步态生成方法。首先,采用互抑神经元振荡器构建仿蟹机器人CPG运动控制网络模型;其次,利用具有良好逼近能力的前馈神经网络将CPG输出的节律信号映射为步行足足端轨迹;然后,在CPG模型中引入基于力传感器触发的反射机制,实现了机器人自适应复杂地形步态生成;最后,通过仿蟹机器人复杂地形运动控制的实验研究,验证所提出的基于生物神经反射机理的自适应复杂地形步态生成方法的有效性。

仿蟹机器人基于MATLAB与ADAMS单足联合仿真分析

利用ADAMS和MATLAB及其动态仿真集成环境Simulink分别建立机器人机械系统模型和控制系统模型,然后应用ADAMS/Control将ADAMS的机械系统模型与MATLAB的控制系统模型连接起来,在参数自调整模糊控制系统软件环境下进行交互式仿真,仿真完成后对机器人的运动学和动力学特性进行分析,并可进一步评估控制系统的稳定性,从而简化了机器人的理论计算,提高了实际效率。