基于交叉耦合的四足机器人Trot步态控制研究

目的提出一种基于单神经元PID与交叉耦合的联合控制转速的方法,提高少自由度四足机器人行走机构实现Trot步态时的稳定性和协调性。方法通过分析行走机构的结构特点和控制需求,针对行走机构转速控制进行方案设计;对单个行走单元的驱动提出基于单神经元PID算法的控制策略,并在对角两个行走单元的控制系统之间引入交叉耦合控制策略,通过Simulink平台对以上控制方法进行控制仿真并进行实体实验验证。结果基于单神经元PID算法的控制方法比传统控制方法的转速调节时间提高了31.2%;采用单神经元PID算法与交叉耦合控制相结合的控制策略时,同步转速偏差波动幅度降低了28%。结论采用单神经元PID控制算法和交叉耦合控制策略能实现运动的精确控制,并具有良好的抗干扰性和鲁棒性;且两个行走单元能更好地同步协调运转,增强了该机器人的运动平稳性,确保了Trot步态的稳态运行。

基于Trot步态的四足搜救机器人设计

针对四足机器人在运行过程中稳定性较差的问题,设计了一种基于Trot步态的12自由度全肘式四足机器人。首先,建立DH参数坐标系,选定机身平台为基坐标系,并对目标坐标系下的连杆位置坐标进行运动学解算,选定机动性强且运动范围较广的Trot步态;其次,针对搜救场合对腿部构型的需求,完成了机器人的全肘式腿部结构设计,其中髋关节负责侧摆运动,膝关节和踝关节负责俯仰运动;然后,基于Trot步态进行机器人足端轨迹规划,并导入ADAMS软件进行运动仿真分析,给各部件配置合适的参数后,加入各关节的驱动函数。经仿真分析,机器人在多种运动状态下运行平稳,关节输出曲线平滑,站立蹲起时膝关节最大角速度为45(°)/s,前进时整体路线偏移在2.4%以内,足端路线偏移在3.2%以内。最后设计了机器人实物,通过测试机器人的站立、蹲起和前进等动作,验证了所设计四足机器人的稳定性和机动性。

基于ADAMS与MATLAB的四足机器人的trot步态联合仿真

为节约设计成本,提高设计效率,对四足机器人进行仿真。采用Pro/E建立四足机器人三维模型,将模型导入至虚拟样机软件ADAMS中,建立四足机器人机械模型,并利用Matlab/Simulink工具箱建立控制系统。利用二者之间的接口实现联合仿真,验证了设计方案的可行性。

四足机器人Trot步态简化模型控制方法

基于负载弹簧倒立摆模型(SLIP模型),建立了四足机器人Trot(对角小跑)步态平面模型。针对复杂的四足机器人系统,通过对四足机器人动力学模型、动力学特性的分析,基于控制目标分解思想及PID控制策略,对系统的前进速度、弹跳高度及俯仰角,分别设计了有效的控制方法,即三分控制法。此外,对三分控制法的控制参数配置规律进行了充分的研究,给出了控制参数配置策略。

基于ADAMS的四足机器人trot步态仿真

利用三维建模软件Catia设计建立了每条腿有两个自由度的四足机器人简化模型,将此模型导入虚拟样机分析软件ADAMS中生成虚拟样机模型。运用合理的驱动函数对四足机器人的关节进行驱动,使其符合trot步态的特征。验证了此结构设计方案的可行性,为详细的结构设计和控制提供了参考。

四足机器人Trot步态的偏航运动控制

为解决四足机器人Trot步态的偏航运动控制问题,借鉴两轮差速驱动的原理将机身的运动分解为两着地腿的运动,再基于弹簧倒立摆模型对单个着地腿的前进速度和侧移速度进行控制,最后通过控制两着地腿的运动来控制机器人整体的运动,从而实现对机器人偏航角的控制。基于这种思想,可以对偏航角、前进速度和侧移速度的控制进行统一设计,简化了基于三维模型的四足机器人运动控制的难度。在虚拟样机中进行仿真实验,发现控制方法在前进速度为零和非零时都能对偏航角进行很好的控制。

四足机器人侧摆型trot步态的运动学分析及仿真研究

针对四足机器人在复杂环境中难以保持稳定行走姿态的问题,在四足机器人trot步态的基础上,改进设计了一种侧摆型trot步态,通过四足机器人侧摆肩关节处电机对四足机器人的步态进行规律调整,使四足机器人在行走过程中更易保持稳定姿态。首先对侧摆型trot步态进行步态规划,分析侧摆型trot步态的稳定性;然后根据D-H参数法建立四足机器人单腿运动学模型并进行运动学分析求解;最后在MATLAB/Simulink软件中建立四足机器人动态仿真模型,以复合摆线运动轨迹为例,对侧摆型trot步态进行运动特性仿真分析。结果表明,基于复合摆线的侧摆型trot步态运动轨迹曲线连续平滑,四足机器人运动平稳。通过侧摆型trot步态仿真分析,验证了所研究侧摆型trot步态的稳定性和合理性,可以为搭建实验样机控制系统提供理论依据。

四足机器人Trot步态偏航分析及其控制

为了解决四足机器人在对角小跑步态中存在的绕对角线翻转而导致在直线行走时出现偏航问题,在理论分析偏航现象的基础上提出一种姿态控制方法。首先建立四足机器人整体运动模型,通过数值分析和计算,得到偏航产生的根本原因:一是机体由于重力影响,会产生绕支撑对角线的翻转力矩;二是处于支撑相时,髋关节产生的反作用力矩,导致步态时序会提前或延后,引起绕机体对角线翻转。然后在此基础上,建立姿态控制模型,通过传感器测得偏航值,反方向补偿其偏航。最后进行动力学仿真实验,发现机器人在不加姿态控制的情况下,出现较大偏航值,而在应用姿态控制之后,偏航值得到了明显改善,仿真实验对比证明了该姿态控制方法有效地解决偏航问题。

基于Bezier曲线的四足机器人Trot步态优化

为实现四足机器人的稳定行走,需要对其足端轨迹进行合理规划。首先,以Bezier曲线为基础,规划四足机器人的足端轨迹,并依据足端轨迹约束条件对足端轨迹进行优化;其次,通过多组对比实验确定出最优的一组控制点坐标,设计四足机器人的足端轨迹,并找到最佳的步长和抬腿高度组合;最后,基于Matlab/Simulink搭建仿真平台进行仿真实验,与应用复合摆线规划的足端轨迹在足端落地时的冲击力、质心的波动范围、机体的偏航距离、前进距离4个方面进行比较,分析四足机器人的稳定性。仿真结果表明:采用Bezier曲线规划的足端轨迹,提高了机器人运动的稳定性。

基于Trot步态的四足机器人轨迹规划与仿真

文章针对四足机器人Trot步态进行研究,为提高四足机器人的运动稳定性,规划了三种足端轨迹,并进行仿真比较。首先,使用D-H法对四足机器人进行了单腿正、逆运动学分析,得到了关节角与足端位姿的关系,再使用MATLAB软件进行验证。其次,基于足端零冲击原理,规划了复合摆线、三次多项式、带有后摆动作的五次多项式三种足端轨迹,最后,通过MATLAB与ADAMS软件进行联合仿真,根据质心稳定原理,选出了最优轨迹,证明了后摆五次多项式轨迹的优越性,实现了四足机器人Trot步态的稳定行走。

基于姿态控制的四足机器人Trot步态行走仿真

本文对四足机器人姿态控制方法下的trot步态行走进行研究。首先,对机器人的运动学模型进行分析,利用改进型的D-H坐标法建立了正运动学模型,并使用MATLAB机器人工具箱对正运动学分析内容进行验证。接着利用几何法对机器人的单腿逆运动学进行求解,并在MATLAB/Simulink中搭建模型对逆运动学内容进行验证。其次,根据足端零冲击原理,利用五次多项式轨迹规划,实现了机器人的平稳运动。针对行走时机身的不稳定问题,提出了一种姿态控制方法,并创新性的将其应用于trot步态行走控制策略之中,以保证行走时姿态的稳定。最后在MATLAB/Simulink中搭建仿真平台,对该控制策略的有效性和优越性进行了仿真验证。

基于Trot步态的液压四足机器人关节驱动力仿真分析

采用液压能代替传统的电能驱动机器人的功率密度高、控制算法简单,输出转矩较大,负载能力强。以液压四足机器人为参考对象,利用SolidWorks建立四足机器人的三维模型,并利用MATLAB,ADAMS搭建联合仿真平台,采用联合仿真的方法研究其在对角(Trot)步态行走过程中步态参数对液压四足机器人关节驱动力的影响,通过参数优化使得关节驱动力对液压系统的影响最小,从而能够实现四足机器人的稳定行走,同时,也为四足机器人液压系统设计提供了理论分析依据。

四足机器人trot步态联合仿真分析

以四足机器人为研究对象,利用SolidWorks建立四足机器人的简化模型,并利用MATLAB、ADAMS搭建联合仿真平台,采用联合仿真的方法,通过不断调整轨迹参数,实现了该机器人稳定的trot步态行走,验证该结构的合理性以及稳定性。通过联合仿真可以方便地进行参数优化,得到设计物理样机所需的数据,大大提高了设计效率。

基于trot步态的四足机器人直线与转弯运动研究

针对四足机器人的直线运动与转弯运动,以trot步态为基础,分别对其进行了步态规划。对于直线运动,先建立四足机器人简化模型,然后用解析法对四足机器人进行逆运动学求解,再用双摆线进行足端轨迹规划,之后用零冲击原则对足端轨迹进行优化,最后仿真实验验证了优化后的足端轨迹使得直线运动更平稳。对于转弯运动,先建立四足机器人简化模型,然后进行正、逆运动学求解,再对其每个周期的起始足端点和足端轨迹进行设计,之后用三维复合摆线进行足端轨迹规划,再用零力矩点法进行轨迹优化,最后仿真实验验证了该方法对于转弯运动的有效性。

仿山羊步态的林地底盘设计及仿真

【目的】我国林区地形较为复杂,林地底盘性能决定了林地装备能否"上山入林",是林业现代化进程中需要解决的基础问题。相比轮式和履带式底盘,足式底盘腿部独立运动使得足式底盘在林区复杂地形环境中工作具有更强的灵活性和适应性。因此,研发针对我国林区环境的林地足式底盘对我国林业发展有重要意义。【方法】针对林地底盘步态规划的研究,首先分析山羊一般的行进步态,得到行走迈步顺序、各关节角关系以及变化范围。设计一种林地底盘,对其左前腿结构简图进行运动学分析,利用蒙特卡洛方法计算底盘足端的工作空间,是否能满足要求。根据实际需求,确定林地底盘的步态和关节驱动,使用ADAMS仿真软件设计简化林地底盘虚拟样机模型,进行对角小跑步态仿真,通过林地底盘质心的位移和速度变化曲线分析林地底盘的运行性能。【结果】平面运动的林地底盘质心在前进方向上位移变化稳定,前进速度0.2 m/s左右;底盘质心横向偏移程度较小,基本沿着设定轨迹前进;质心在竖直方向存在上下波动的情况,波动范围约占底盘总高度的1.04%,林地底盘在前进过程中没有发生跳跃情况或倾翻情况。【结论】仿真结果表明,步态规划可以满足林地底盘的运动要求,可以提升林地底盘的运动稳定性和地形适应能力,安全可靠,适用于林业动力底盘。

坡面环境四足机器人对角小跑步态稳定性分析

针对四足机器人在坡面行走过程中,机体质心在支撑面上的投影远离对角支撑线交点,影响四足机器人行走稳定性的问题,本文主要对坡面环境四足机器人trot步态稳定性进行分析。以Stanford Doggo四足机器人为仿真模型,提出了调整机器人姿态和调整等效腿长参数相结合的方法,使四足机器人质心前移,减小四足机器人的翻滚角和偏航角,提高四足机器人坡面行走的稳定性。采用分段摆线轨迹,对四足机器人足端轨迹进行规划,并通过webots机器人仿真软件,对3种质心调整方法进行仿真实验。仿真结果表明,3种质心调整方法均可以减小四足机器人坡面行走的翻滚角和偏航角,四足机器人坡面行走的稳定性得到了提高,而且通过对仿真结果进行对比,本文所提的质心调整方法具有显著的优势。该研究具有一定的应用价值。

四足机器人坡面行走稳定性分析

为了提高四足机器人坡面行走的稳定性,四足机器人的小腿采用液压缸,并提出了通过增大机器人后腿小腿腿长和减小前腿小腿腿长的方法,使机器人质心向前移动,从而提高坡面行走稳定性.对四足机器人进行了运动学分析,计算了四足机器人前腿和后腿小腿腿长的调整量与坡面倾斜角度的关系.利用Adams和M atlab,对四足机器人进行了联合仿真.仿真结果表明,四足机器人能够以trot步态在坡面上稳定行走,验证了四足机器人质心调整方法的有效性.

基于质心稳定的四足机器人轨迹规划与仿真

以四足机器人为研究对象,对机器人足端轨迹进行3种轨迹规划。以机器人质心稳定为原则,在trot对角步态下对每种足端轨迹进行仿真分析,从而选择出最优的足端轨迹。为trot步态下四足机器人足端轨迹规划研究提供了新思路和新方向。