Gait Analysis of a Radial Symmetrical Hexapod Robot Based on Parallel Mechanisms

Most gait studies of multi-legged robots in past neglected the dexterity of robot body and the relationship between stride length and body height.This paper investigates the performance of a radial symmetrical hexapod robot based on the dexterity of parallel mechanism.Assuming the constraints between the supporting feet and the ground with hinges,the supporting legs and the hexapod body are taken as a parallel mechanism,and each swing leg is regarded as a serial manipulator.The hexapod robot can be considered as a series of hybrid serial-parallel mechanisms while walking on the ground.Locomotion performance can be got by analyzing these equivalent mechanisms.The kinematics of the whole robotic system is established,and the influence of foothold position on the workspace of robot body is analyzed.A new method to calculate the stride length of multi-legged robots is proposed by analyzing the relationship between the workspaces of two adjacent equivalent parallel mechanisms in one gait cycle.Referring to service region and service sphere,weight service sphere and weight service region are put forward to evaluate the dexterity of robot body.The dexterity of single point in workspace and the dexterity distribution in vertical and horizontal projection plane are demonstrated.Simulation shows when the foothold offset goes up to 174 mm,the dexterity of robot body achieves its maximum value 0.164 4 in mixed gait.The proposed methods based on parallel mechanisms can be used to calculate the stride length and the dexterity of multi-legged robot,and provide new approach to determine the stride length,body height,footholds in gait planning of multi-legged robot.

The nonlinear control of simulator of hexapod parallel mechanism

In order to enhance the innervation fidelity of simulators,a nonlinear controller is developed,which guarantees parallel mechanisms closed loop system global asymptotical stability and the convergence of posture tracking error in Cartesian space. The problems of rapid tracking under the condition of the wide range,nonlinear and variable load are solved. After the nonlinear controller is actually applied to the hexapod parallel mechanisms of simulator,the dynamic-static capabilities of motion system are tested by amplitude-frequency response and posture precision. The experimental results show that the static precision improves ten times and system output amplitude increases and the phase lag reduces with respect to the same input signal in Cartesian space in comparison with the traditional proportional and derivative (i.e. PD) controlling method in joint space. Therefore the nonlinear controller can effectively improve the dynamic-static response performance of the hexapod parallel mechanisms of simulators in Cartesian space.

Parallel Manipulators Applications—A Survey

This paper presents the comparison between serial and parallel manipulators. Day by day, the applications of the parallel manipulator in various field is become apparent and with a rapid rate utilized in precise manufacturing, medical science and in space exploration equipments. A parallel manipulator can be defined as a closed loop kinematic chain mechanism whose end effector is linked to the base by several independent kinematic chains. The classification of various parallel manipulators is presented herewith. The prime focus of the paper is to realize the parallel manipulators applications for industry, space, medical science or commercial usage by orienting manipulator in the space at the high speed with a desired accuracy.

非路面车辆驾驶室六足并联悬架系统设计

设计了一种六足并联悬架系统用于拖拉机驾驶室减振,由于悬架系统的几何参数和物理参数难以确定,首先基于拉格朗日方程推导6自由度振动模型,以驾驶室6个方向固有频率和悬架系统阻尼比、解耦度为优化目标,建立多目标优化数学模型,运用灵敏度方法对该系统进行优化设计研究,最后与目前拖拉机橡胶衬垫驾驶室悬置系统进行比较,结果证明其具有良好的减振效果,同时为该悬架系统被动控制参数的选择提供理论依据。

虚拟轴机床的应用研究与发展趋势

虚拟轴机床是近年来国内外学者高度重视的一种新型加工设备，被称之为机床结构的重大革命。现对虚拟轴机床的特点和应用，以及虚拟轴机床在国内外的研究状况进行综述和分析，并且对虚拟轴机床未来的发展趋势提出了几个值得重视的研究方向。

六足并联机构的动力学建模与仿真分析

实现六足并联机构高速,高加速运动控制的关键在于所建动力学模型的准确表达、适当简化以及实时计算速度的满足。在分析了液压六足并联机构组成的基础上,建立了包含执行元件控制特性的六足并联机构动力学模型。对所建模型进行逆动力学计算机仿真,根据大量仿真计算数据,综合分析了包含执行元件控制特性的逆动力学模型不同项的重要性。分析结果对简化动力学模型,提高在线计算效率,实现六足并联机构高速,高加速运动控制,具有一定的指导意义。

六足仿生机器人并联机构雅可比矩阵分析

六足仿生机器人每条腿具有3个转动关节,当三角步态行走时,机体为3-UrRS并联机构。利用螺旋理论和互易积理论分析3条支链对上平台运动产生的约束作用,分析了该机构自由度。在不同的驱动形式下固定驱动关节,分析各支链作用在上平台的约束线簇,建立并联机构的雅克比矩阵。利用ADAMS仿真验证了所求雅可比矩阵的正确性。雅可比矩阵分析对于六足仿生机器人进行可达空间分析、机构尺度综合、路径规划和协调控制都具有重要意义。

基于双6-UPU并联机构的步行机器人步行越障步态仿真与试验（英文）

为拓展六足机器人的应用,提高六足机器人对工作环境的适应性及工作的灵活性,该文提出了一种基于并联腿的六足步行机器人结构。该步行机器人由2个6-UPU并联机构腿和6个足构成,每个足上各安装1个辅助腿,共有18个自由度,辅助腿可根据环境改变步行机器人身体的高度,增强了克服障碍物与环境的适应能力。首先,对该机构进行运动学分析,通过腿部6-UPU并联机构的运动学逆解求解,得到机器人运动过程中并联腿各分支的状态;其次,通过对人体行走规律的研究,根据运动学逆解的结果,设计了步行机器人的2种步态,分别为跨步行走步态和越障步态;之后,根据样机材质,在ADMAS环境下对六足机器人的模型组件增加质量,进行2种步态的行走仿真,跨步行走步态一个步态周期耗时23.734 2 s,步行机器人机体前进400 mm,平均行走速度为1 011.2 mm/min,而越障步态一个步态周期耗时18 s,步行机器人机体前进100 mm,平均行走速度为333.3 mm/min;最后,选用两片STM32芯片为核心处理器进行控制系统设计,两片STM32芯片分别进行数据采集与PID运算,二者间采用串口通信实现数据传输,跨步行走步态一个步态周期耗时24.85 s,步行机器人机体前进385 mm,平均行走速度为929.6 mm/min,而越障步态一个步态周期耗时20.8 s,步行机器人机体前进90 mm,平均行走速度为259.6 mm/min。试验表明:跨步行走步态下,完成一个步态周期内的耗时与平均行走速度的偏差分别为5%、8%,而在越障步态下,完成一个步态周期内的耗时与平均行走速度的偏差分别为13%、22%,绘制了2个平行腿移动平台中心点的规划轨迹和试验轨迹,试验轨迹在步行阶段,试验结果滞后于2种步态的模拟结果。其偏差可归结为试验样机中各电动缸自身特性、装配精度、部件的质量差异等因素的影响,但样机能够按照设定的步态完整设定的行走任务,从而验证了仿真分析的正确性。该研究为进一步研究六足并联腿步行机器人实现未知倾斜面或环境中的稳定行走提供了初步的实践依据。

一种六足铲斗机器人腿部机构工作空间设计

首先,介绍了一种六足铲斗机器人,其腿部采用一种3自由度RPR+R(2RPR+FD)串并混联机构。其次,建立了该腿部机构的位置反解,基于极坐标边界搜索方法绘制了其足端工作空间三维图,分析了腿部机构几何参数对工作空间高度和长度的影响规律。最后,考虑到该机器人的越障能力、行走速度以及铲斗作业时的位姿变化要求,设计了腿部机构工作空间。该机器人在受灾场合中进行障碍清除、物资搬运以及对易燃易爆物隔离等方面有很好的应用前景。

六足并联步行机器人工作空间

设计了一种全新的六足并联步行机器人,具有两条腿和六只脚,在腿部并联结构运动学反解的基础上进行了腿部工作空间的解析,并对工作空间进行了仿真分析。仿真结果表明,6-UPU并联机构的动平台在x、y、z方向上最大的活动范围均为150 mm,为进一步步态控制提供了重要参考。

并联腿六足农业机器人运动学与仿真分析

针对行走腿为串联结构及平面多连杆结构的六足机器人承载能力差、运动误差大等问题,提出了一种一平移两转动(1T2R)并联腿六足农业机器人机构。首先,对并联腿机构的运动学位置、速度、加速度进行了分析。其次,基于结构约束条件,对其工作空间进行了分析。最后,对六足农业机器人机构进行了三维建模及仿真分析。理论分析及仿真结果表明:该并联腿机构运动学位置正逆解方程均可解析求解,正解方程最多具有4组解。该机构具有部分运动输入-输出解耦性,控制方便。该并联腿机构工作空间大,由多个球冠组成。该六足机器人机构无需转弯即能实现前后、左右移动,运动平稳,机构设计合理,适合作为农业机器人行走机构使用。

六足农业机器人并联腿结构设计与位置分析

基于方位特征集理论(POC),设计并研究了一种1平移2转动(1T2R)六足农业机器人并联腿机构。首先,基于方位特征集方法,综合得到一批满足功能要求的并联腿机构;然后,根据农业实际应用需求,优选得到一种性能优越的机构,该机构具有结构简单、工作空间大、控制方便等优点;最后,对优选的机构进行了位置正逆解分析。分析结果表明,该机构正逆解简单,正逆解均可进行解析求解,且正解方程最多具有4组解。

基于水下六足机器人腿部运动控制问题研究

水下爬游六足机器人相比于传统的水下控制器ROV (Remote Operated Vehicle),AUV (Autonomous Underwater Vehicle)具有造价低,运行和维护成本相对较低的特点,以及最主要的可以实现定点作业的问题,设计了能够在海底爬行的水下六足机器人;基于以往的多足机器人腿部控制方法使得机器人在运动时存在严重的互斥力问题,尤其当机器人自身重量大时,对关节损伤严重,对如何解决分布于机体两侧各腿处于支撑态行走一步的过程中产生的互斥力问题进行了深入研究,并对控制算法进行改进,使得机器人的两侧腿处于支撑态时走出的轨迹为两条平行线;给出了机器人在不同爬行状态下正逆运动学解,并进行了Simulink仿真验证;此外,对机器人如何爬行,即控制策略进行了描述。

昆虫类步行器以三角步态行进时驱体位置和姿态的确定

在分析天牛类昆虫结构特点的基础上，建立了这类昆虫以三角步态行进时的整体多环机构模型。由于该机构的结构呈非对称的３—ＲＲＲＳ形式，躯体位置和姿态的求解比较困难，本文采用了特殊的数学处理，将一个需要求解的九维问题降至三维，简化了数值求解的过程，并通过算例，验证了这种处理的可行性。

多畸形矫正模式下的六轴外固定支架调整方案计算方法研究

六轴外固定支架广泛应用于肢体畸形矫正,其中在多种畸形矫正治疗模式下根据有限的临床诊疗数据开展分析并提出对应的支架调整方案计算方法是实现矫形目标的关键。基于六轴外固定支架的机构运动学,对包括迟发畸形治疗模式、全残留畸形治疗模式及环优先治疗模式在内的各类畸形矫正治疗模式进行了研究,分析了不同模式下支架各构件与远近畸形骨段之间的空间位姿关系并提出了对应支架调整方案的计算方法。不仅在数字化环境中进行了矫形仿真,验证了有关多畸形矫正治疗模式分析的合理性,而且开展了尸体肢体标本临床矫形试验,证明了所提出的多畸形矫正治疗模式下的支架调整方案计算方法的正确性。

虚拟轴加工中心机构特点及其刚度分析方法

简述了该种加工中心的核心机构———一种倒置的Ｓｔｅｗａｒｔ平台的结构特性，介绍了一种通用的机构刚度分析方法。首次应用该方法建立了虚拟轴的六杆机构的端点刚度矩阵。该矩阵可用于力／位混合控制算法设计，以有效提高机床的加工精度。此外，端点刚度的分析还可为六杆机构的虚拟轴加工中心的整体构形、腿长及其分布的合理设计提供重要依据。

6自由度3-U^r RS并联机构的逆运动学分析

目前对6自由度空间并联机构的运动学研究较少,与其他机器人相比6足机器人具有承载能力强,通过性能高的优点,当6足机器人3条腿处于支撑相时,机体是6自由度3-U^rRS并联机构,能实现3维平移和3维转动,该机体具有3条支链,每条支链为URS（万向铰、转动铰和球铰）。对该并联机构进行运动学分析时,提出在动坐标系下进行运动学分析的方法,利用关节2和关节3轴线平行的结构特点,建立了位置逆解数学模型,最后利用ADAMS软件仿真验证位置逆解结果的正确性。该结果为提高六足机器人前行过程中的稳定性和协调性以及运动控制的精确性打下理论基础。

并联六足飞机制孔机器人的位姿调节

精确定位和高效制孔是自主移动式自动化制孔设备研制的难点。针对一种行走定位一体化的并联六足飞机制孔机器人,提出一种运动学模型。与基于固定坐标系的运动学模型不同,该模型基于机器人身体平台随动坐标系,仅需测量各腿支链的伸缩长度和制孔目标位姿偏差,便能进行末端执行器任意位姿调节,可同时进行制孔位置和法向精确定位。其降低了测量系统的难度和误差,确保了较高的定位精度和制孔效率。应用该模型进行制孔操作规划并仿真分析,最后在真实样机上实验,实验结果表明机器人可以很好地完成位姿调节和制孔操作。

Collaborative force and shape control for large composite fuselage panels assembly

This study proposed a force and shape collaborative control method that combined method of influence coefficients(MIC)and the elitist nondominated sorting genetic algorithm(NSGA-II)to reduce the shape deviation caused by manufacturing errors,gravity deformation,and fixturing errors and improve the shape accuracy of the assembled large composite fuselage panel.This study used a multi-point flexible assembly system driven by hexapod parallel robots.The proposed method simultaneously considers the shape deviation and assembly load of the panel.First,a multi-point flexible assembly system driven by hexapod parallel robots was introduced,with the relevant variables defined in the control process.In addition,the corresponding mathematical model was constructed.Subsequently,MIC was used to establish the prediction models between the displacements of actuators and displacements of panel shape control points,deformation loads applied by the actuators.Following the modeling,the shape deviation of the panel and the assembly load were used as the optimization objectives,and the displacements of actuators were optimized using NSGA-II.Finally,a typical composite fuselage panel case study was considered to demonstrate the effectiveness of the proposed method.