足腿式机器人虚拟机身模拟测试平台

针对现有足腿式机器人测试平台自由度少且缺乏变负载测试能力的问题,设计了“3+3”构型测试平台,并提出了一种非线性导纳控制策略,实现测试平台对待测单腿的动态力加载,模拟机身对单腿的力作用。建立“3+3”运动学模型;设计导纳控制器将测试平台与待测单腿间的交互力转化为期望的运动轨迹;引入非线性期望阻尼与期望刚度提升动态力跟随性能。结果表明,非线性导纳控制策略较经典导纳控制策略动态力跟随性能有明显改善,实现测试平台对单腿较准确地动态力加载;通过多自由度复合加载较真实地模拟出足腿机器人机身对单腿的动态力交互过程。

四足轮腿式移动机器人的步态分析及轨迹规划

针对外星复杂的地表环境,基于2-UPS/(S+SPR)R闭环并联机构,设计了一种四足轮腿式移动机器人。通过对比机器人在运动过程中的稳定裕度与重心调整量得到最优步态,利用ZMP法衡量了机器人在静步态下的稳定性,并用改进的复合摆线法规划了足端的运动轨迹。在整个运动过程中,机械腿运动平稳,速度、加速度变化较为平滑,不会出现对机械腿造成损坏的较强冲击;且在抬腿和着地瞬间,速度、加速度均为0,不会对机身产生冲击。分析结果表明,该四足轮腿式移动机器人运动灵活且平稳,适用于外太空的探测。

足式机器人单腿跳跃仿真与实验

针对跳跃运动足地冲击大的特点,基于仿生学设计一种液压驱动四足机器人单腿,分别建立单腿着地相和飞行相的运动学和动力学模型。为了满足单腿跳跃性能要求和减少足地冲击,提出基于三次曲线轨迹跟踪的跳跃方法。使用MSC.ADAMS和Simulink对单腿竖直跳跃过程进行仿真,并搭建了单腿竖直跳跃实验平台和闭环控制系统。

腿足式救援机器人运动控制算法分析与展望

介绍了当前国内外腿足式救援机器人的模型控制算法、仿生控制算法和机器学习控制算法,对3种控制算法的应用特点和场景进行了优缺点分析。指出了腿足式救援机器人控制技术未来的2个发展方向是多控制算法融合和控制算法高效规划。

电驱足式机器人关节作动器研究综述

机器人关节作动器性能的好坏是保证机器人高性能运作的关键。该文首先介绍了机器人的主要分类:轮式、履带式和腿足式;然后简述了机器人的主要驱动方式:气驱动、液压驱动和电驱动;接着从结构构成、主要优缺点和应用场景等方面详细阐明了电驱足式机器人的三类主流关节作动器,并结合现有典型关节作动器产品分析其电机本体与控制的方案差异,归纳了目前主要面临的研究难点与现有解决方案;最后对电驱足式机器人关节作动器技术的发展给出了总结和展望。

用于腿足式机器人落地缓冲的复合控制策略

针对腿足式机器人的腿部运动模式,提出一种变刚度落地缓冲策略,对机器人躯干质心处预期的冲击进行规划,针对不同落地阶段采用不同控制方式。在缓冲阶段,通过躯干加速度规划的方式计算预期足底力,将该力映射到关节空间。在其他阶段,采用比例微分(proportional differential,PD)控制与滑模控制(sliding mode control,SMC)相结合的方式,保证运动的快速性和稳定性,并用李雅普诺夫第二法证明稳定性。试验表明,机器人质心在1.65 m处下落,该方法可使足地冲击小于1.7g。此冲击力与人上台阶的冲击力相近,说明该方法可起到良好的缓冲效果。

基于增材制造旋转直驱伺服阀的肢腿运动单元位置控制研究

液压腿足式机器人因其可承受大负载、具有更高的速度上限等优势被广泛应用于物资搬运、地形侦查等场景。伺服阀作为液压系统中的控制元件,与机器人作业过程的运动稳定性、地形适应性、节能等方面都存在着密切关联。目前腿足式机器人系统普遍应用喷嘴挡板式伺服阀,不同阀型号的选择往往只需要满足阀的频响、压力、流量等指标,并且伺服阀的数学模型也通常近似为低阶环节,这在设计中弱化了伺服阀对系统的影响。为探究不同结构伺服阀与控制系统最佳匹配问题,研究了增材制造旋转直驱式伺服阀在机器人位置控制系统中的性能,并将其与传统喷嘴式挡板阀作比较,分别建立其数学模型并在单腿试验台上完成实验验证。结果表明,在相同的流量压力需求下,应用旋转直驱阀的控制系统足端阶跃响应时间减少了14%,足端正弦轨迹跟踪误差减少了21%。

Wheeled foot quadruped robot HITAN-I

In view of the robot running environment, the structure of wheeled foot and quadruped are adopted in this robot system, which combines the priorities of both wheeled robot and legged robot. Based on CAN bus, the two-class robot control system using multiple controllers and drivers is constructed. At the same time, serial inverse kinematics of swaying leg and parallel inverse kinematics of supporting legs are analyzed independently. The forward gait and turning gait are planned and experiment image is given at last.

基于虚拟模型和加速度规划的腿部缓冲策略

提出一种基于虚拟模型控制和加速度规划的腿部缓冲方法。通过建立机器人腿部的虚拟模型,设定落地过程中躯干加速度从而可减小地面对机器人的冲击力,保护机器人的机械结构。该方法将机器人的落地过程分为下落、缓冲、恢复3个阶段。在下落阶段,通过在足端与期望位置之间添加虚拟"弹簧—阻尼"系统来控制足端位置。在缓冲阶段和恢复阶段,通过规划躯干质心加速度,从而减小落地过程中躯干受到的冲击。该方法可避免在激烈的足地交互过程中调节系统的刚度和阻尼,控制过程更简单精确。基于Webots的仿真试验表明,该方法在机器人落地过程中的保护是有效的。