类哺乳动物腿式机器人研究综述

类哺乳动物腿式机器人凭借其离散式的地面支撑和对障碍、沟渠等复杂特殊地形及不可预知环境的极强适应性,使其具有广泛的应用前景。从双腿式机器人和四腿式机器人两个方面介绍了国内外类哺乳动物腿式机器人的研究现状,分析和讨论了腿式机器人在腿部结构、关节驱动、导航、稳定性判据和控制算法方面的相关理论与方法,对存在的问题进行了讨论,并对未来的发展趋势进行了预测。

人体膝关节运动学和动力学模型研究

以人体膝关节为研究对像,建立人体膝关节模型已经成为了一种有效的研究方式。确定了人体膝关节模型的类型,并分别对每一种类型的模型进行了简单介绍。在解剖学的基础上,重点针对人体膝关节运动学和动力学模型的类型,相应地在国内外研究现状里做了详细描述和综合分析。通过深入研究发现其优点和局限性,对存在的问题进行了总结,并提出了解决方法以及未来的发展趋势。

开放式四自由度工业机器人控制系统研究

为了使工业机器人控制系统更加标准化与开放化,对控制系统进行了整体的架构设计,将机器人系统任务划分为实时任务和非实时任务两部分,并分别定义和分析了各部分所包含的功能模块。根据开放式控制系统特点,对系统硬件结构和软件架构进行了设计。利用标准的C#和C++语言设计开发了在Windows CE操作系统下的控制软件。基于TCP/IP协议,采用套接字(socket)技术对上位机与控制器的通信程序进行了设计。分别通过阶跃响应实验和抛物线响应实验对所设计的机器人系统进行了稳态性能和动态性能的测试。

基于PMAC的码垛机器人模糊PID算法研究

为了提高可编程多轴运动控制器(PMAC)的控制精度和性能,设计了模糊PID控制算法。该算法应用在4自由度码垛机器人控制系统中,通过机器人电机在传统PID控制下与模糊PID控制下的位置阶跃响应实验和速度抛物线响应实验,利用电机的调节时间Ts、超调量Mp、上升时间Tr、最大跟随误差Mfeer等数据证明模糊PID控制算法很好地改善了机器人控制系统的稳定性,提高了伺服电机的稳态性能和动态性能,改善了PMAC对4自由度码垛机器人的控制效果。

面向奔跑运动的刚–柔复合四足机器人单腿设计与实验研究

针对四足机器人奔跑运动对高速高机动性的要求,基于生物"狗"腿部跟腱生物力学特性,提出一种刚–柔复合四足机器人单腿结构模式.设计刚–柔复合四足机器人单腿结构,进行刚–柔复合单腿机构的有无冲击载荷动作特性、刚度特性、D-H运动学和足尖工作空间分析;考虑动态运动下的地面冲击等噪声因素,应用线性二次型高斯控制进行刚–柔复合单腿关节驱动器控制,且以竖直跳跃运动作为奔跑运动的重要基础运动原型,利用有限状态机和顶点高度反馈进行障碍地形环境下等高跳跃控制分析与仿真;最后进行了刚–柔复合四足机器人单腿连续竖直跳跃运动实验.分析与实验结果证明了结构设计的合理性和控制的有效性.

液压驱动四足机器人单腿竖直跳跃运动分析与控制

针对非结构化环境下四足机器人高速高机动性要求,提出一种液压驱动单腿结构模式.面向竖直跳跃运动,建立液压驱动结构模式下单腿二阶段运动学模型和三阶段动力学模型;进行竖直跳跃运动状态分析、单腿整机质心以1.5m/s速度瞬时起跳的竖直跳跃运动逆解和仿真;并对竖直跳跃运动过程中地面冲击对机体结构的影响、髋关节和膝关节液压缸动作特性和输出力特性及液压设计等进行讨论.同时,考虑单腿竖直跳跃的周期性,应用液压偏置单腿动力学模型,采用PD迭代学习控制算法进行关节轨迹跟踪控制.仿真结果表明轨迹跟踪迅速收敛且鲁棒性好,为后续样机研究提供设计和控制依据.