四足步行机器人的结构及运动仿真分析

随着科技的不断进步,机器人的设计和应用逐渐成为当今科技领域研究的热点,机器人产业得到了快速发展。为了增强四足步行机器人的环境适应性和灵活性,发挥其在众多领域的关键作用,该文在分析当前研究现状及传统步行机构局限性的基础上,参考契贝谢夫四足步行机构,采用平面六杆机构,对四足步行机器人的结构进行分析和优化,利用AutoCAD 2023和SolidWorks软件进行三维建模和运动仿真分析,验证了所设计结构的合理性和可行性。

基于超声波传感器的双足步行机器人避障系统设计

文章主要研究如何将双足步行机器人的开环控制系统升级为闭环控制系统。为实现这一目标,在硬件配置和控制算法两方面做了优化。首先,为双足步行机器人配置1个可转动180°的舵机云台,用于安装超声波传感器。通过转动云台,超声波传感器可探测到机器人左、前、右3个方向的障碍物。其次,安装Arduino MEGA 2560开发板作为主控制器,根据障碍物的方位、距离下达前进、转向或加减速指令,从而达到避障效果。最后,设计控制算法,其核心是让机器人向没有障碍物或距离障碍物最远的一侧步行,步行速度与障碍物距离成正相关关系。通过实验检验机器人的避障效果,机器人在具有口字形、凹字形、Z字形障碍物的场地中,均能按照控制算法成功避障。文章成功将开环控制系统的双足步行机器人改为闭环控制系统,为机器人智能化方向发展奠定了基础。

双足步行机器人控制系统设计与试验

构建一款步行平稳、可转向的双足步行机器人。在硬件配置方面,以Arduino为控制器,采用4组稳压电路分别为系统各用电器提供合适的电压。双足踝、膝、髋6个关节各配置一个舵机,控制舵机旋转便可带动关节前后自由弯曲。在控制策略方面,遵循人类步行动作生物力学原理,机器人各关节协同转动,可模仿人类双足直立行走和转向。

基于UG的双足步行机器人运动步态仿真分析

为探究不同步态对双足步行机器人运动的影响,首先对双足步行机器人进行总体结构设计。该机器人整体由12个关节舵机驱动,关节带动其连杆执行相应的运动步态。然后利用UG软件对双足步行机器人进行三维建模及虚拟装配。最后通过设置运动驱动进行运动步态仿真,以检验设计方案的合理性。结果表明:不同的转动间隔和转动角度会对机器人运动过程中是否出现左右脚干涉现象产生影响,并通过调试得出最佳的转动间隔和转动角度,为今后的双足步行机器人动力学分析及实体模型的研制提供理论基础。

双曲轴驱动的八足趴卧式步行机器人设计分析

采用类似昆虫趴卧式关节腿结构,以2个电机分别独立驱动2条曲轴、进而分别带动与2条曲轴铰接的步行腿机构的技术,研发了一种八足趴卧式步行机器人。该机器人每条步行腿机构均是由曲柄连杆机构组成的大腿、小腿及胯关节和膝关节;且每条步行腿均是由2个曲柄控制,以实现其前后和上下摆动,能模拟昆虫类步行腿三维空间的爬行步态。通过对腿足结构原理的分析,建立爬行腿坐标系及其各连杆间空间变化矩阵的运动学模型;并以此分析了该机器人整机的爬行工作原理和典型爬行步态运动方式。最后,通过样机制作和行走试验表明:该机器人可以实现整机爬行运动要求,验证了其机械原理、运动学模型的正确性和设计方案可行性,其机械原理、曲轴结构设计、仿生步行腿设计和曲轴曲柄连杆驱动、传动系统的设计方案等,均可为将来更好的完善多足步行机器人开发应用提供参考依据。

并联腿机构在四足/两足可重组步行机器人中的应用

将并联腿机构用于助残步行机器人,可大大提高步行机器人的载重/自重比,从而节省能源,延长行走时间。为此提出并联腿机构四足步行机器人。四足稳定性好,安全性高,但是上下楼梯或台阶时座椅有较大的倾斜。为了解决这一问题,提出一种四足/两足可重组并联腿机构步行机器人。在一般路面采用四足行走,消除使用者乘坐两足步行机器人时的恐惧心理;在上下楼梯或台阶时采用两足行走,弥补四足步行机器人行走时产生的身体倾斜。提出四足/两足可重组步行机器人机构上的实现方法,分析3自由度3-UPU并联机构,以及其两两合并后的6-SPU并联机构,讨论它们在四足/两足可重组并联腿步行机器人中的应用,通过自由度计算进行四足/两足步行机器人的可动性分析,为四足/两足可重组并联腿机构步行机器人的进一步研究奠定了理论基础。

多足步行机器人的研究现状及展望

对美国、日本等机器人研究大国及我国的多足步行机器人研究发展进行了综述,对多足步行机器人亟需解决的问题进行了论述,并对未来可能的研究发展方向进行了展望。

国内外两足步行机器人研究的历史、现状及发展趋势

本文共分6个部分,详细介绍了研究两足步行机器人的原因和目的,两足步行机器人的特点及其应用前景,国内外两足步行机器人研究的历史、现状及发展趋势.

新型四足步行机器人串并混联腿的运动学分析

针对串联四足机器人行走惯量大,自重/载重比大的问题,提出一种新型串并混联四足步行机器人,并对该机器人的串并混联腿进行运动学分析。该机器人由一个运载平台和四条结构相同的串并混联腿组成,每条腿均由髋关节、大腿、小腿顺次连接构成,其中髋关节为3-RRR并联机构。以能耗最小姿态为最优姿态,基于矢量法求解了该串并混联腿的运动学正解和反解,利用MATLAB和ADAMS软件验证了正解和反解的正确性;基于矢量法和微分变换法求出了该混联腿的速度雅克比矩阵和加速度矩阵,分析了其奇异性,并利用MATLAB软件绘制出该腿的工作空间。结果表明:该腿在髋关节连杆直径d=22mm,大腿杆件直径D=50mm,膝关节转角θ4∈[105°,155°]时,工作空间呈球冠形,最大内接圆半径R=400mm,高度为H∈[500mm,900mm]。本研究对该新型串并混联四足步行机器人的刚度分析、动态性能、机构优化设计和系统控制等的进一步研究具有重要意义。

四足步行机器人研究现状及展望

文章对国内外四足步行机器人研究现状进行了综述,归纳分析了四足机器人研究的关键技术,并展望了四足机器人的发展趋势。

六足仿生步行机器人足端工作空间和灵活度研究

基于六足仿生步行机器人机构学特性的研究,采用数值分析法求解了机器人步行足的足端工作空间,利用虚拟样机技术计算了机器人的灵活度,从两方面综合衡量六足仿生步行机器人的工作能力,并以六足步行机器人各腿节比例关系的确定为例,介绍了六足步行机器人结构优化的具体方案。所用方法同样适用于六足仿生步行机器人其他结构参数的优化,也为六足仿生步行机器人的合理驱动和精确控制提供了理论依据。

基于手脚融合功能的多足步行机器人正运动学分析

简单介绍了一种新型机器人——基于手脚融合功能的多足步行机器人的结构,并对该类机器人的正运动学问题进行了详细研究。对该类机器人的两种典型运动状态——行走和抓取状态的运动学关系进行了阐述。文中首先根据机器人结构的约束关系导出了机器人机体轨迹(质心)的表达式,再对具有抓取功能的串联机械手的正运动学关系进行研究后,获得了机器人在抓取物体时的运动学关系。文中对相关公式进行了推导,给出了表达式,最后以相关算例进行了说明。该研究结果对于加快该类机器人的实用进程有显著意义。

助老助残四足/两足可重构并联腿步行机器人运动学建模与仿真

结合并联腿步行机器人和可重构机器人的优点,设计了一种新型的助老助残四足/两足可重构并联腿步行机器人,进行了该机器人的构型设计。以四足并联腿步行机器人为研究对象,根据步行机器人整机的结构特征和基本并联腿的运动特征,将整机的运动学问题转化为单个并联腿的运动学问题,建立了机器人整机系统的完整的运动学模型,进行了机器人在爬行步态下的仿真分析,得出了驱动器杆长的仿真曲线。该项研究为四足并联腿步行机器人整机的动力学分析和控制奠定了一定的基础。

基于遗传算法的两足步行机器人步态优化

将具有２４ 个自由度的机器人ＪＦＨＲ简化为７ 连杆机构，建立了描述机器人姿态的位置向量．用三次多项式拟合机器人髋关节和踝关节的位置轨迹，并通过动力学模型建立能量消耗表达式，得到能量最优的步态，即多项式系数的获得就可以表示为一个多变量最小值的优化问题，最后应用遗传算法（Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ， ＧＡ）获得最优解．在ＧＡ设计中，将每一个需要优化的参数用１０位二进制数表示，种群中染色体的个数为５０，演化的代数固定为１００，杂交率和变异率分别定为０．８和０．０４．对平地步行和斜坡步行进行了仿真．

模块化多足步行机器人的运动控制系统研究

为解决机器人对复杂多变的环境适应性不强的问题,研制了模块化的多足步行机器人系统。针对模块化多足步行机器人的机构特点,设计并实现了一种位于机器人模块化控制体系底层的基于CAN总线的运动控制系统。采用微处理器、专用的运动控制和驱动芯片以及光电编码器实现了机器人关节的伺服闭环运动控制;采用CAN总线作为模块间的通信接口,有效地支持了多关节实时控制。提出了一种具有3层抽象结构特点的可扩展的软件体系结构,为运动控制系统提供模块化支持。实验验证了运动控制系统软硬件的可靠性和有效性。

两足步行机器人动态步行姿态稳定性及姿态控制

本文提出了一种新型两足步行机器人动态步行实时控制方法，引入了姿态稳定性和步态稳定性的概念，把两足动态步行控制分为姿态稳定性控制和步态稳定性控制两个相互联系的子系统，并从姿态稳定性分析出发，重点研究了各关节轨迹跟踪控制和系统整体动态平衡等问题，提出了姿态控制器的结构及设计方法．

具有并联关节的两足步行机器人运动学反解分析

分析了人体腿部关节的运动特点,提出了一种3自由度3-RRR并联机构作为髋关节,2自由度球面机构Ur作为踝关节,转动副R作为膝关节的新型两足步行器;对两个并联关节的位置反解进行了研究;采用解析方法对步行机器人的位置反解进行了分析,得出反解的解析表达式,最后用实例验证了求解过程。该研究对机器人步态规划、动力学分析及控制的研究有重要意义。

基于速度逆运动学的六足步行机器人位姿闭环控制

六足步行机器人位姿控制系统是强耦合冗余非线性系统,对单腿速度逆运动学进行研究,建立六足步行机器人速度逆运动学模型,对六足步行机器人位置和姿态进行解耦控制。对机器人位置和姿态采用比例控制策略,建立机器人位置控制闭环和姿态控制闭环实现六足步行机器人位姿闭环控制。基于六足步行机器人平台,由MATLAB和ADAMS建立六足步行机器人仿真模型,并对六足步行机器人位姿闭环控制进行联合仿真,仿真结果验证了六足步行机器人位姿闭环控制方法的正确性。

一种基于3-RPC并联机构的新型步行机器人

并联机构结构简单且具有较高的承载能力,将并联机构用于步行机器人,能够在很大程度上提高步行机器人的载重和行走效率,为此提出一种新型的步行机器人。该机器人本体采用3-RPC并联机构,具有3移动自由度,可以在不调整身体姿态的情况下向任意方向移动。采用螺旋理论分析该机器人实现三维移动的机构学原理并验证了自由度,给出位置反解的算法并绘出工作空间,结合3+3步态对机器人的行走运动进行运动学动态仿真分析,仿真结果显示机器人可以实现连续行走且步态平稳,表明该设计正确合理,具有一定的可行性。此外,由于采用并联机构,与传统多足步行机器人相比,该机器人还有容易得到位置反解等优点,有利于步行机器人的结构设计与运动规划,也拓宽并联机构的应用领域。

四足步行机器人腿机构及其稳定性步态控制

结合实际 ,详细地分析了四足步行机器人的步态和腿机构的运动关系 ,并在此基础上给出了四足步行机器人腿部机构和驱动控制方案。