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An Inchworm-inspired Robot Based on Modular Body, Electronics and Passive Friction Pads Performing the Two-anchor Crawl Gait 被引量:4
1
作者 Flavio Moreira Anthony Abundis +2 位作者 Michael Aguirre Justin Castillo Pranav A. Bhounsule 《Journal of Bionic Engineering》 SCIE EI CSCD 2018年第5期820-826,共7页
We have created an inchworm robot capable of the two-anchor crawl gait on level ground and inclined plane. The main novelty is in the design of the inchworm: (1) three-part body that is 3D printed and actuated by t... We have created an inchworm robot capable of the two-anchor crawl gait on level ground and inclined plane. The main novelty is in the design of the inchworm: (1) three-part body that is 3D printed and actuated by two servo motors to allow a looping and lengthening action, (2) passive friction pads to anchor the feet, each of which may be disengaged using a servo motor actuated lever arm, and (3) modular body and electronics. The robot is about 2 feet (61 cm) in length, has a mass of about 4 kg, and uses an open-loop controller to achieve steady crawling gait. The inchworm robot achieved a speed of 2.54 em.sI on level ground as well as on an incline plane of 19~. The energy usage as measured by the Mechanical Cost of Transport (a non-dimensional number defined as the energy used per unit weight per unit distance moved) is 3.34. Our results indicate that simple robotic designs that copy the basic features of natural organisms provide a promising alternative over conventional wheeled robots. 展开更多
关键词 INCHWORM bioinspiration two-anchor crawl gait 3D printing sliding locomotion cost of transport
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昆虫级微型爬行机器人的研究综述
2
作者 曾潇丰 尹灿辉 +2 位作者 刘青 吴宇列 肖定邦 《南京航空航天大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期387-406,共20页
爬行作为动物的一种有节律的运动行为,众多学者对其潜在机理的研究已经持续了一百多年。随着计算机集成技术、材料科学、空气动力学、微纳制造与人工智能技术的不断进步,对仿生爬行机器人的研究正朝着微型化和智能化的方向发展。本文对... 爬行作为动物的一种有节律的运动行为,众多学者对其潜在机理的研究已经持续了一百多年。随着计算机集成技术、材料科学、空气动力学、微纳制造与人工智能技术的不断进步,对仿生爬行机器人的研究正朝着微型化和智能化的方向发展。本文对昆虫级微型爬行机器人的前沿动态发展进行了综合评述,并结合当前发展态势给出了微型爬行机器人未来发展的建设性意见。首先介绍了微型爬行机器人的研究背景和基本概念,对微型爬行机器人的运动机理和稳定性判据进行了简单分析。然后分析了微型爬行机器人的驱动方式并比较了各种微型爬行机器人的性能。最后,从供能、制造和设计3方面对微型爬行机器人的关键技术进行了总结,探讨了微型爬行机器人研究面临的问题,并提出了微型爬行机器人未来的应用前景和发展方向。 展开更多
关键词 微型爬行机器人 步态 动力学模型 驱动器
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轻型爬行制孔机器人调姿纠偏分析
3
作者 曹玉文 刘荣 +3 位作者 张玉枫 徐明 郝盛镔 刘苏阅 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2023年第10期99-107,共9页
飞机结构件连接以机械连接为主,连接孔的位置精度和表面质量对飞机的使用寿命及安全性有着重要影响。制孔设备的智能化、自动化、柔性化直接影响着飞机制造的质量、效率、成本等。国内对于自动化制孔设备的研究与应用还在较为初级的阶段... 飞机结构件连接以机械连接为主,连接孔的位置精度和表面质量对飞机的使用寿命及安全性有着重要影响。制孔设备的智能化、自动化、柔性化直接影响着飞机制造的质量、效率、成本等。国内对于自动化制孔设备的研究与应用还在较为初级的阶段,并未大规模投入使用,研制此类设备具有重大意义。为此研制了爬行制孔机器人,并使用旋量法针对研制的爬行制孔机器人的运动进行计算分析。首先,计算爬行制孔机器人的调姿以及纠偏运动的自由度,随后对该机器人的调姿和纠偏运动进行解算,并分析了机器人运动过程中的运动特点,为未来控制系统设计打下基础。 展开更多
关键词 爬行机器人 运动学分析 调姿 纠偏 步态规划 自动制孔
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四足步行机器人爬行步态的计算机仿真 被引量:17
4
作者 王新杰 黄涛 陈鹿民 《计算机仿真》 CSCD 2007年第4期172-175,共4页
由于机器人数学描述的复杂性,使得在机器人运动学、动力学分析方面显得较为困难,计算机虚拟仿真技术在该领域的应用为机器人的运动特性分析提供了依据。文中建立了一个连续转动式腿机构的四足步行机器人模型,并规划了该机器人的一种直... 由于机器人数学描述的复杂性,使得在机器人运动学、动力学分析方面显得较为困难,计算机虚拟仿真技术在该领域的应用为机器人的运动特性分析提供了依据。文中建立了一个连续转动式腿机构的四足步行机器人模型,并规划了该机器人的一种直线爬行步态,利用ADAMS虚拟样机软件对机器人的爬行步态进行了动力学仿真,得到了机器人各个关节相关物理量的变化曲线,分析了四个髋关节的驱动力矩在步行过程中的变化情况。通过仿真,验证了步态规划的合理性,同时为进一步选择电机、分析机器人系统的动态特性提供了依据。 展开更多
关键词 四足步行机器人 爬行步态 仿真
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基于混合神经振荡器的爬行四足机器人运动协调控制 被引量:5
5
作者 刘志成 郑莉芳 王旭 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期2303-2312,共10页
中枢神经模式振荡器常用于多足机器人运动协调控制。为实现含有主动柔性躯干的爬行四足机器人运动协调控制,构建一种混合神经振荡器。该振荡器利用Hopf振荡器和Kuramoto振荡器对机器人四肢和躯干进行协调控制,并通过建立二者之间的耦合... 中枢神经模式振荡器常用于多足机器人运动协调控制。为实现含有主动柔性躯干的爬行四足机器人运动协调控制,构建一种混合神经振荡器。该振荡器利用Hopf振荡器和Kuramoto振荡器对机器人四肢和躯干进行协调控制,并通过建立二者之间的耦合关系实现四肢与躯干的协调运动。利用仿真平台搭建爬行四足机器人虚拟样机,对静走步态、对角步态以及两种步态间柔顺切换分别进行直线运动仿真,同时对该协调控制进行可行性验证,获得虚拟样机运动图像以及其足端轨迹曲线。仿真结果表明:该混合神经振荡器可实现机器人的静走与对角步态直线运动;通过建立静走和对角步态下四肢与躯干之间的协调关系,并改变机器人各腿部振荡器之间的相位差,能进行两种步态之间的柔顺切换。 展开更多
关键词 爬行四足机器人 混合神经振荡器 步态 协调控制
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一种空间吸附式爬行机器人设计及其步态规划 被引量:1
6
作者 唐玲 袁宝峰 +1 位作者 王耀兵 危清清 《载人航天》 CSCD 2015年第5期486-491,共6页
针对可在空间飞行器表面吸附爬行和自主可控飞行的空间机器人爬行过程进行控制与仿真问题,在某系统方案和机构设计基础上,基于机器人行走稳定裕度的要求,设计了一种稳定快速爬行的步态,对其足端步态运动轨迹采用三次多项式插值的方法进... 针对可在空间飞行器表面吸附爬行和自主可控飞行的空间机器人爬行过程进行控制与仿真问题,在某系统方案和机构设计基础上,基于机器人行走稳定裕度的要求,设计了一种稳定快速爬行的步态,对其足端步态运动轨迹采用三次多项式插值的方法进行规划,并通过逆运动学求解出各个关节的运动轨迹,基于Adams软件对机器人进行动力学建模及仿真,结果表明在空间零重力环境下,四足吸附式爬行机器人能够快速稳定的行走,验证其机构设计和步态规划的合理性。 展开更多
关键词 空间 吸附 爬行机器人 步态 仿真
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基于虚拟仿真的四足机器人步态分析 被引量:3
7
作者 吕原君 陈琼 《河北科技师范学院学报》 CAS 2008年第1期35-38,共4页
根据观察动物行走的特点,完成一种四足机器人的行走过程仿真分析。在三维软件Pro/E中建立四足机器人分析模型,导入仿真软件MSC.ADAMS中添加约束和动力,以一定形式的步态效果实现了四足机器人在平面上的行走过程,并以机器狗模型为例子分... 根据观察动物行走的特点,完成一种四足机器人的行走过程仿真分析。在三维软件Pro/E中建立四足机器人分析模型,导入仿真软件MSC.ADAMS中添加约束和动力,以一定形式的步态效果实现了四足机器人在平面上的行走过程,并以机器狗模型为例子分析了它的稳定性以及在行走过程中各部分动作产生的影响。 展开更多
关键词 四足机器人 虚拟仿真 步态分析
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全肘式四足仿生机器人爬台阶步态研究 被引量:3
8
作者 邹明峻 于金鹏 +1 位作者 于海生 崔健 《电气传动》 北大核心 2019年第11期64-69,共6页
针对四足仿生机器人爬台阶步态规划问题,构建一种全肘式仿哺乳类四足机器人步行机构与通信架构。首先,选择投影法将全肘式仿哺乳类四足机器人爬台阶过程的位姿向水平面转化。其次,分析机器人运动过程中重心的变化;利用水平面爬行步态静... 针对四足仿生机器人爬台阶步态规划问题,构建一种全肘式仿哺乳类四足机器人步行机构与通信架构。首先,选择投影法将全肘式仿哺乳类四足机器人爬台阶过程的位姿向水平面转化。其次,分析机器人运动过程中重心的变化;利用水平面爬行步态静态稳定原理,对比研究全肘式仿哺乳类四足机器人多种步态的稳定裕度以及协调性,从而选择出最佳的爬台阶步态。最后,进行反复多次的对比实验,实验结果表明,所设计全肘式仿哺乳类四足机器人爬台阶步态具有良好的稳定性。 展开更多
关键词 四足仿生机器人 爬行步态 爬台阶
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空间四足爬行机器人设计及步态规划 被引量:5
9
作者 蒋儒浩 王玉琳 +1 位作者 刘冀 徐清遥 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2019年第4期1-5,共5页
针对现有的爬行机器人全空间内攀爬和越障能力不足、爬行转向不够灵活的问题,设计了一种空间四足爬行机器人,该机器人从正四面体体心到4个顶角在空间中对称布置4只采用真空吸附的爬行足。机器人爬行期间,始终保持三只爬行足稳定吸附于... 针对现有的爬行机器人全空间内攀爬和越障能力不足、爬行转向不够灵活的问题,设计了一种空间四足爬行机器人,该机器人从正四面体体心到4个顶角在空间中对称布置4只采用真空吸附的爬行足。机器人爬行期间,始终保持三只爬行足稳定吸附于爬行表面,另一爬行足可以在空间中选择三种路径翻转,可实现直行、转弯、越障及跨越直角爬行表面等功能,并可完成360°空间连续攀爬。文章分析了空间四足爬行机器人的机械结构及其自由度,研究了爬行过程中机器人的球壳中心位移、移动副线位移以及转动副角位移随时间的变化情况,规划了机器人的爬行步态。仿真和计算结果表明,该机器人结构紧凑、运动灵活,空间越障能力强。 展开更多
关键词 爬行机器人 四足机器人 空间攀爬 步态规划
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智能决策改进的四足机器人ZMP爬行步态算法 被引量:3
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作者 邢伯阳 潘峰 冯肖雪 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2019年第22期206-211,257,共7页
提出了一种基于反馈控制和贪婪决策的四足机器人爬行步态规划算法。该算法利用机载惯性传感器IMU(Inertial Measurement Unit)来实时计算零力矩点和姿态角,以稳态裕度为指标在支撑平面内实时规划期望零力矩点(Zero Moment Point,ZMP)轨... 提出了一种基于反馈控制和贪婪决策的四足机器人爬行步态规划算法。该算法利用机载惯性传感器IMU(Inertial Measurement Unit)来实时计算零力矩点和姿态角,以稳态裕度为指标在支撑平面内实时规划期望零力矩点(Zero Moment Point,ZMP)轨迹,结合非线性反馈控制器实现对机体ZMP点的连续平滑调节,保证机器人在按给定速度矢量进行连续爬行的同时具有抵抗一定外力扰动的能力。步态规划采用动态步态周期,基于机器人结构约束和贪婪决策实现跨腿的自动触发,提高了步态自适应性。最终通过样机行走实验验证了所提算法应用于微型四足机器人中的可行性,机器人实现了在平坦地面上稳定地全向行走和旋转,所提算法同时兼顾了自适应性和稳定裕度。 展开更多
关键词 四足机器人 爬行步态 贪婪决策 反馈控制 抗扰动
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四足机器人爬行凸起上坡的运动仿真研究 被引量:7
11
作者 王鹏 董人全 +1 位作者 孙铁成 唐琼 《机电工程》 CAS 北大核心 2021年第5期639-644,共6页
针对斜坡凸起环境下四足爬行机器人上坡时腿部受较大地面冲击的问题,设计了一种四足机器人的爬坡步态。首先,建立了三维柔性腿部结构模型;接着,针对斜坡凸起路面,对平坦路面下对角小跑步态的抗冲击性和稳定性进行了优化设计;然后,通过... 针对斜坡凸起环境下四足爬行机器人上坡时腿部受较大地面冲击的问题,设计了一种四足机器人的爬坡步态。首先,建立了三维柔性腿部结构模型;接着,针对斜坡凸起路面,对平坦路面下对角小跑步态的抗冲击性和稳定性进行了优化设计;然后,通过机器人单腿正、逆运动学分析,获得了斜坡对角小跑步态下四足机器人足端轨迹与关节角度的映射关系;最后,在斜坡凸起环境下对四足机器人进行了爬行运动仿真。研究结果表明:与平坦对角小跑步态相比,采用斜坡对角步态的四足爬行机器人质心位移更加平稳,其胫节足端接触力峰值较平坦对角小跑步态减小了8.05%,验证了所设计的爬坡步态的合理性。 展开更多
关键词 斜坡凸起环境 四足爬行机器人 对角小跑步态 运动学分析 运动仿真
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足式爬行机器人研究进展与发展趋势 被引量:18
12
作者 陈致远 涂群章 +3 位作者 张详坡 潘明 蒋成明 黄皓 《兵器装备工程学报》 CAS 北大核心 2020年第9期1-12,共12页
足式爬行机器人对复杂地形环境有着高度的适应性,在灾害救援、军事侦察、星球探索等领域具有广阔的应用前景。自足式爬行机器人发展以来,解决腿部串并联机构的强耦合性问题实现复杂环境下的稳定运动控制,是该领域研究的重点和难点。按... 足式爬行机器人对复杂地形环境有着高度的适应性,在灾害救援、军事侦察、星球探索等领域具有广阔的应用前景。自足式爬行机器人发展以来,解决腿部串并联机构的强耦合性问题实现复杂环境下的稳定运动控制,是该领域研究的重点和难点。按照仿生与否分两类综述近十年国内外研制的足式爬行机器人的结构与性能特点;从灵巧机械机构创新设计、稳定性标定技术、爬行步态规划与运动控制和机器人感知技术4个方面介绍足式爬行机器人研究的关键技术;针对足式爬行机器人的发展趋势给出了五点展望:运动机理仿生化、能量利用高效化、结构材料新型化、运动模式复合化、感知技术多模化。 展开更多
关键词 足式爬行机器人 机构创新设计 稳定性标定技术 仿生控制技术 步态规划 机器人视觉 能量效率
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连续不规则台阶环境四足机器人步态规划与控制 被引量:13
13
作者 孟健 李贻斌 +1 位作者 柴汇 李彬 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2015年第1期85-93,共9页
为了实现四足机器人在无崎岖地形先验知识情况下的自主爬行,提出了一种四足机器人运动控制方法.该方法采用间歇爬行步态作为主步态,将爬行运动分解为若干任务分别进行控制:基于NESM(normalized energy stability margin)判据计算内外倾... 为了实现四足机器人在无崎岖地形先验知识情况下的自主爬行,提出了一种四足机器人运动控制方法.该方法采用间歇爬行步态作为主步态,将爬行运动分解为若干任务分别进行控制:基于NESM(normalized energy stability margin)判据计算内外倾的稳定裕度并根据其比值进行质心位置调整;使用坐标映射的方式调整足端坐标进行地面坡度适应;通过调整各腿长度控制机器人的高度;利用姿态传感器信息进行姿态恢复.仿真和实验表明,机器人仅依赖内部传感器即实现了在崎岖地形稳定行走,验证了本文方法的有效性和可靠性. 展开更多
关键词 四足机器人 台阶 间歇爬行步态 崎岖地形
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