四足步行机运动机构及步态参数对行走稳定性影响分析

本文研究了四足步行机的行走稳定性问题,建立了考虑运动机构包括腿机构及其传动系统影响的稳定性模型;分析了各步态参数对稳定性的影响,并以研制的四足步行样机为例进行了计算机仿真。     

四足步行机器人的弯道行走探讨

本文根据地面情况,先拟定出能使步行机稳定行走的步态,然后找出可实现的步态可行集,只要在这个可行集内按转弯步态行走,就能保证步行机器人沿弯道稳定行走。本文给出了转弯步态的拟定方法,同时还给出了步行机器人步态可行性的判别条件。     

四足步行机的对角小跑步态及能耗仿真分析

步行机需自身携带能量如电池实现步行及探测任务,研究其能量消耗有重要的意义.步行机的行走步态与能量消耗密切相关,采用对角小跑步态,分析能量消耗与相关影响参数间的关系.介绍了四足步行机的对角小跑步态及多链串并联复合机构的特点,建立步行机的运动学方程及拉格朗日动力学方程.采用虚拟样机技术建立系统的考虑足与地面接触的三维仿真模型,进行完整对角小跑步态周期中的能量消耗分析,获得步行机的动态特性.以移动能耗率为评价指标,分别仿真分析3种步距及3种接触材料的能量消耗,研究步距、接触刚度和摩擦系数对步行机能量消耗的影响,建立移动能耗率与步行机步行速度间的关系曲线,为物理样机的设计提供依据.      

基于能耗最优的多足机器人综合步态优化方法

为综合研究步态参数、摆动腿足端轨迹和机身运动轨迹对多足机器人步态稳定性和能耗的影响,文章提出一种基于能耗最优的多足机器人综合步态优化方法,将步态优化过程转换为两个嵌套的子优化问题。首先,采用一种基于零力矩点稳定性理论的机身运动轨迹规划方法,针对给定的下一步落足点和支撑多边形,规划机身运动轨迹,在保证机身轨迹连续平滑的同时,确保机器人在迈步过程中的稳定性。其次,提出一种基于能耗指标的周期性步态优化方法,建立足式机器人虚拟样机模型作为步态优化模型,对步态参数、摆动腿足端轨迹和机身运动轨迹同时进行优化,保证机器人的步态稳定性,得到使机器人前进单位距离能耗最小的步态。最后,搭建足式机器人虚拟样机仿真平台,仿真结果表明,采用本文的步态优化方法,在保证机器人平稳前进的同时,机器人前进单位距离能耗与优化前相比降低了约14%。     

基于输入解耦特征模型的四足机器人运动控制

摘要： 针对四足机器人腿部关节控制和转弯步态规划问题,建立四足机器人单腿动力学模型,分析其多输入多输出、时变、耦合和非线性等特性,建立并推导一种具有输入解耦形式的多输入输出特征模型;在此基础上设计由多变量黄金分割自适应控制律和微分控制律组成的控制器;其次提出一种对角转弯步态,通过修正左右腿的迈步步长实现机器人的转弯,进一步分析步长修正量与转弯半径的关系;最后通过虚拟样机技术,分别进行机器人零负载和50 kg负载情况下的直行和转弯步态仿真,仿真结果验证所提方法的有效性.     

一种腿臂融合四足机器人设计与分析

设计了一种腿臂融合的四足机器人,其具有腿臂功能复用的分支,不仅可以实现行走,还可以进行操作。对该机器人的行走模式和操作模式进行了研究,首先,建立了机器人单腿运动学模型,推导出机身整体的逆运动学;其次,对腿臂功能复用分支的5自由度操作臂模型进行了运动学分析,提出了欠自由度操作臂保证末端位置和末端姿态2种情况下的逆运动学最优求解方法,并分别给出了位置或姿态偏差;然后,建立了支撑面、支撑腿、本体、操作臂所组成的串并混联机构的运动学模型,利用本体位移补偿操作臂末端位置偏差,从而实现操作臂末端精确操作;最后,对机器人本体、操作臂以及串并混联机构的工作空间进行了仿真,并利用实验验证了该机器人腿行走和臂操作的功能。     

基于近端策略优化算法的四足机器人步态控制研究

足式机器人步态控制是机器人研究领域的难点问题,应用强化学习让机器人自主学习策略提供了一种很好的解决思路.基于ROS机器人操作系统搭建了四足机器人仿真平台,将近端策略优化算法用于四足机器人步态控制,并与其他深度强化学习算法进行了对比分析.仿真实验结果表明,近端策略优化算法在实际应用中具有更好的训练效果.     

面向复杂曲面的爬壁机器人机构及运动学分析

针对表面附有轨道的复杂曲面,提出了一种能够沿轨道移动的爬壁机器人机构.由于环境约束的复杂性,提出了功能分离的模块化机构设计思想,将机器人的功能划分为攀爬及姿态调整和沿轨道移动两种功能,并相应地设计了两套运动机构.四足爬行机构实现机器人的攀爬及姿态调整功能;轮轨机构完成沿轨道快速移动功能.对抓持与姿态调整运动进行了详细分析,并以球形曲面为例,得出相关关节控制变量的解析表达式.定性地分析了机构在其它曲面下,相关关节的变化形式.理论分析及设计实例表明机构对布有轨道的复杂曲面具有较好的适应性.     

一种柔性机器人的神经网络控制方法

提出了一种末杆为柔性杆的机器人的新型神经网络控制方法.它将末杆为柔性杆的机器人分解成刚性前端和柔性末端两部分,使用传统的机器人控制方法控制刚性前端,采用神经网络辩识柔性末端部分的逆模型,将末端的期望轨迹实时分解成末关节转角及末关节轴位姿的期望轨迹再分别进行控制.这一方法将传统的基于模型的控制方法和神经网络方法有机结合在一起.通过对平面3杆柔性机器人的数值仿真,初步验证了这一方法的有效性和良好效果.     

基于四元数表示法的机器人基坐标系标定方法

在多机器人协同、运动学参数辨识和机器人离线编程等作业任务下,需要标定出机器人基坐标系在世界坐标系中的精确位姿.提出和实施了一种利用四元数表示法进行机器人基坐标系精确标定的方法.利用指数积公式,建立机器人的运动学模型.利用外部测量设备,测量出5个不共面的工具中心点,并记录对应的机器人关节位形.以基坐标系位姿对应的旋转矩阵元素为变量,建立不相容方程组,并求出基坐标系位姿的初步齐次矩阵.由于测量误差和截断误差,初步齐次矩阵的旋转矩阵部分不能满足单位正交阵的性质.利用四元数的几何约束条件,建立罚函数形式的目标方程,将初步齐次矩阵进行正交化修正.通过一系列的实际机器人的标定试验,验证了该标定方法的正确性,并提高了机器人末端的定位精度.      

全向攻击比例导引律的优化及其攻击特性研究

本文通过全向攻击引导律优化、攻击区研究以及脱靶量分析,提出一种为确定空空导弹的全向攻击导引律的研究方法。利用该方法可以获得导引品质优良而又易于实现的导引规律。它既能满足全面攻击要求,又有一定大小的攻击区、不大的脱靶量以及良好的弹道特性和适当放宽的初始射击精度要求。另外,本文还对攻击区“黑洞”进行了初步探讨。     

胶接铝蜂窝夹芯拉伸机的设计

探讨了拉伸铝蜂窝所需的拉伸力;并通过介绍一台铝蜂窝拉伸机的设计过程,简略说明它的传动原理、基本参数选择及主要结构分析。     

人—机—环境系统设计中人的性能研究

为了提高人－机－环境系统的性能特性，目前发展了以人为核心的人－机－环境系统设计思想，本文结合该设计思想，进一步分析了人－机－环境系统中人的性能研究的主要方面，提出了多因素耦合作用下人机特性模型将成为今后的主要研究方向。     

腿臂融合型在轨装配机器人运动建模与步态规划

针对目前机器人在轨装配存在的作业效率低、空间操作受限、环境感知不完全等问题,提出一种腿臂融合型在轨装配机器人。首先,使用D-H法建立了腿臂融合型装配机器人运动学模型,并对其单个腿部进行正逆运动学分析,得到单个腿各个关节角和足端之间的运动关系;其次,分析了腿臂融合型装配机器人的行走步态和装配步态,行走步态中分析了二步态和三步态,装配步态中分析了单臂装配和双臂装配,使机器人达到平稳的行走和装配;最后,基于ROS(robot operating system)搭建仿真平台并对行走步态进行了仿真验证,结果表明提出的方法能够有效用于该机器人的行走。     

通用数控位置环设计

本文提出并研究了一种通用的数控位置环系统,它以计算机外设方式工作,计算机通过该系统可以同时控制3～6个直流电机驱动的坐标轴运动。系统本身带有细插补、软限位、速度限制和报警诊断等功能。该装置特别适用于高性能及有特殊要求的CNC数控机床控制系统、工业机器人控制系统和柔性制造系统(FMS)的工件及刀具运输设备。     

大型高低真空两用电子束焊机的结构设计

大型高低真空电子束焊机是用于焊接通信卫星钛合金燃料贮箱和气瓶焊缝的专用设备。它是在吸取国内外同类真空电子束焊机优点的基础上确立了新的结构方案而研制成功的。重点就该机的基本工作原理、技术性能、结构特点等作概括介绍。     

一种新型螺旋滤波器

提出并实现了一种新的螺旋滤波器耦合结构。该滤波器的屏蔽外腔为圆筒形,螺旋谐振器被横向固定在圆筒内,谐振器间不再有膜片相隔,它们之间耦合的大小主要取决于谐振器间的相互间距和相对角度。这种滤波器不仅在结构上比普通螺旋滤波器简单,调节也更加方便;此外,它的设计带宽还可以比普通螺旋滤波器宽得多。文章列举了几组滤波器的实测结果,其中一组在不加任何特别措施的情况下,相对带宽作到了２７％,另有一组具有明显的带外衰减极点。