足端
- 足式機(jī)器人足力及平衡控制方法設(shè)計(jì)
過機(jī)身全向運(yùn)動(dòng)和足端軌跡算法實(shí)現(xiàn)。位置控制內(nèi)環(huán)使用基于關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的PID 控制器來維持機(jī)器人的基本轉(zhuǎn)角控制。當(dāng)機(jī)器人腿部由擺動(dòng)狀態(tài)進(jìn)入支撐狀態(tài)時(shí)，通過力傳感器實(shí)時(shí)采集的足端受力，以阻抗控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)足端受力的實(shí)時(shí)控制，同時(shí)通過IMU 采集的機(jī)身高度和機(jī)身姿態(tài)數(shù)據(jù)利用PID 控制機(jī)身，這三環(huán)反饋控制共同作用實(shí)現(xiàn)在觸地過程中受力穩(wěn)定，機(jī)身平穩(wěn)，高度可控的運(yùn)動(dòng)效果。2.足力控制方法一般而言，地面模型可以簡(jiǎn)化為單自由度的質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)[3]，模型如圖2所示。但是
中國科技縱橫 2023年6期2023-05-30
- 基于MATLAB 和Adams 的四足機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃設(shè)計(jì)
；O3點(diǎn)為機(jī)器人足端腳尖位置，它作為坐標(biāo)系{O3}的原點(diǎn)，位于沿著坐標(biāo)系{O2}的Z 軸方向平移L2位置。機(jī)器人的D-H 參數(shù)表2 所示。建立模型如圖3。圖3 機(jī)器人的腿部建模和整體結(jié)構(gòu)建模表2 機(jī)器人單腿D-H 參數(shù)表其中，ai-1為兩旋轉(zhuǎn)軸的公共法線的距離；αi-1為垂直于ai-1所在平面內(nèi)兩旋轉(zhuǎn)軸的夾角；di為兩連桿之間的距離；θi為兩連桿公垂線的夾角[3]。2 運(yùn)動(dòng)學(xué)原理2.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)基本概念步態(tài)是指機(jī)器人步行過程中，每條腿按照一定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)，各腿
科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新 2023年5期2023-03-30
- 可重構(gòu)閉鏈步行平臺(tái)的設(shè)計(jì)與越障策略研究
引言足式機(jī)器人足端與地面離散接觸，具有良好的地形適應(yīng)能力，面對(duì)山地、丘陵等非結(jié)構(gòu)化路面，可代替人類完成偵察、排爆、救援等艱難任務(wù)[1]，在山地物資運(yùn)輸和災(zāi)難救援等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[2]。足式機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)有開鏈?zhǔn)胶烷]鏈?zhǔn)?。開鏈?zhǔn)酵葯C(jī)構(gòu)移動(dòng)平臺(tái)具備突出的機(jī)動(dòng)性能，如波士頓動(dòng)力公司研發(fā)的BigDog[3]、SpotMini[4]和LS3，其中BigDog采用液壓驅(qū)動(dòng)，自重154 kg，負(fù)載50 kg，最快移動(dòng)速度為11.16 km/h；SpotMini
中國機(jī)械工程 2023年5期2023-03-22
- 一種仿生四足機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與驗(yàn)證
并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)械腿的足端與動(dòng)力輸入端存在多條支鏈，使得機(jī)械腿的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，具有更強(qiáng)的負(fù)載能力，但工作空間相對(duì)較?。?0］。串并混聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)械腿同時(shí)綜合了串聯(lián)機(jī)構(gòu)和并聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，既具有較高的承載能力，運(yùn)動(dòng)的靈活性也相對(duì)純并聯(lián)機(jī)構(gòu)要強(qiáng)，可以得到較好的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)性能［11］，因此有研究人員將串并混聯(lián)機(jī)構(gòu)引入四足機(jī)器人腿部構(gòu)型中，如文獻(xiàn)［12］開發(fā)的三種串并混聯(lián)式機(jī)械腿，并在樣機(jī)的基礎(chǔ)上證實(shí)了串并混聯(lián)機(jī)械腿的優(yōu)越性。為拓展串并混聯(lián)機(jī)構(gòu)在四足機(jī)器人中的應(yīng)用，這里提
機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 2023年2期2023-02-27
- 四足機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析
tlab對(duì)機(jī)器人足端的運(yùn)動(dòng)空間進(jìn)行分析，繪出足端運(yùn)動(dòng)空間云圖。最后，通過速度分析和靜力學(xué)分析，得出機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的額定轉(zhuǎn)矩，驗(yàn)證該機(jī)構(gòu)的可行性。四足機(jī)器人；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；運(yùn)動(dòng)學(xué)分析；靜力學(xué)分析引言隨著人類文明的進(jìn)步，人們?cè)趫?zhí)行一些危險(xiǎn)性較高、難以執(zhí)行的任務(wù)時(shí)，更希望通過機(jī)器人代替人們來執(zhí)行，如在抗震救災(zāi)、高空作業(yè)、污染土壤水質(zhì)取樣等許多方面。其中，四足機(jī)器人憑借其優(yōu)越的避障能力，高效的機(jī)動(dòng)性，超高的靈活性，越來越受到人們的青睞[1]。然而目前四足機(jī)器人的負(fù)載重
大眾科技 2022年11期2023-01-31
- 改進(jìn)模糊算法的六足機(jī)器人自主導(dǎo)航研究
2]。因此對(duì)單腿足端運(yùn)動(dòng)學(xué)分析尤為重要?；趩瓮?span id="j5i0abt0b" class="hl">足端運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，求解出足端工作空間，采用復(fù)合擺線作為足端運(yùn)動(dòng)軌跡，由此計(jì)算得出的越障最大高度將作為六足機(jī)器人移動(dòng)方式選擇的重要參考。采用雙目視覺圖像尺寸測(cè)量的方法來獲取障礙物高度信息，該方法使用雙目相機(jī)拍攝航向障礙物，獲取左右相機(jī)對(duì)應(yīng)的兩張圖片，獲取障礙物頂部和底部匹配點(diǎn)并根據(jù)視差計(jì)算測(cè)量點(diǎn)的空間位置，準(zhǔn)確地測(cè)定被測(cè)點(diǎn)之間的距離，即障礙物的高度信息[3?4]。針對(duì)于六足機(jī)器人面對(duì)不可逾越障礙物的避障問題，模糊
機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 2022年12期2022-12-30
- 基于三次貝塞爾曲線的軌跡規(guī)劃方法
高的研究?jī)r(jià)值。而足端軌跡研究則是四足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)。對(duì)四足機(jī)器人建立了簡(jiǎn)化模型，并對(duì)單腿的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行建模。然后在運(yùn)動(dòng)學(xué)上根據(jù)彈簧負(fù)載倒立擺模型選取落腳點(diǎn)，軌跡上選取三次貝塞爾曲線進(jìn)行改進(jìn)由彈簧負(fù)載倒立擺模型和三次貝塞爾曲線生成足端軌跡，彈簧負(fù)載倒立擺模型獲取足端落地平衡點(diǎn)保證機(jī)器人支撐相與擺動(dòng)相切換時(shí)的平穩(wěn)。三次貝塞爾曲線結(jié)合地形生成規(guī)避障礙物的足端軌跡，對(duì)曲線生成方式進(jìn)行改進(jìn)使其符合零沖擊步態(tài)的規(guī)劃，在動(dòng)力學(xué)上應(yīng)用拉格朗日方程獲得了驅(qū)動(dòng)力矩與足
數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用 2022年11期2022-12-05
- 基于Bezier 曲線的四足機(jī)器人Trot 步態(tài)優(yōu)化
個(gè)部分。合理規(guī)劃足端軌跡有助于減小機(jī)器人觸地時(shí)的沖擊，減少對(duì)機(jī)體的傷害；而且足端軌跡對(duì)機(jī)器人的穩(wěn)定性有著非常大的影響。關(guān)于足端軌跡規(guī)劃的方法，田俊等[9]提出了一種基于五次多項(xiàng)式的靜步態(tài)足端軌跡，五次多項(xiàng)式規(guī)劃足端軌跡能夠保證加速度連續(xù)過度，缺點(diǎn)在于加速度處于不斷加速減速的過程中，容易出現(xiàn)加速度過大的問題。馬慧姝等[10]人利用相機(jī)拾取生物犬步行時(shí)的足端數(shù)據(jù)點(diǎn)，再通過三次B 樣條曲線擬合的方法形成足端軌跡，但規(guī)劃的軌跡曲線不經(jīng)過擬合數(shù)據(jù)的原始點(diǎn)。Liu C
湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2022年5期2022-12-03
- 空間黏附足式爬行機(jī)器人的穩(wěn)定性判據(jù)及蠕動(dòng)步態(tài)
黏附力成為機(jī)器人足端與航天器穩(wěn)定接觸的關(guān)鍵。工業(yè)中常使用的真空吸附、電磁吸附、濕黏附等接觸方式均無法在空間中使用，而基于范德華力的干黏附材料適用于真空條件和多種材質(zhì)的表面，因此，干黏附足式爬行機(jī)器人在空間應(yīng)用方面得到了廣泛關(guān)注。2000年Autumn等發(fā)現(xiàn)壁虎能夠在各種表面上穩(wěn)定黏附是其腳掌上數(shù)百萬根長(zhǎng)度為30～130 μm的剛毛產(chǎn)生范德華力累積的結(jié)果。2014年，俄羅斯Barabanov等使用“Foton-M4”科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星搭載了5只壁虎進(jìn)入外太空，驗(yàn)證
宇航學(xué)報(bào) 2022年9期2022-10-15
- 外骨骼足端人機(jī)接觸力測(cè)量裝置研究
奠定基礎(chǔ)。可見，足端人機(jī)接觸力測(cè)量，是解決下肢外骨骼機(jī)器人與人體交互運(yùn)動(dòng)靈活性的關(guān)鍵。足端人機(jī)接觸力測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)主要面臨以下挑戰(zhàn)：首先是足地接觸狀態(tài)復(fù)雜，足跟觸地、腳掌著地和足趾觸地等多種支撐狀態(tài)，以及路面凹凸不平引起的足底支撐點(diǎn)無規(guī)律變化，對(duì)測(cè)力裝置的適應(yīng)性提出較高要求；其次是人在行走過程中，趾關(guān)節(jié)存在背屈/跖屈運(yùn)動(dòng)，如果采用剛性鞋底結(jié)構(gòu)，將導(dǎo)致穿戴者趾關(guān)節(jié)無法彎曲，影響行走穩(wěn)定性和體能消耗[7]；同時(shí)外骨骼機(jī)器人是穿戴式裝備，過重、過厚的鞋底嚴(yán)重影響
機(jī)械與電子 2022年9期2022-10-14
- 面向未知地形的四足機(jī)器人足端軌跡優(yōu)化
;利用傳感器獲取足端接觸點(diǎn)的地形來調(diào)整機(jī)器人姿態(tài)的方法,不足之處在于只能探測(cè)接觸過的地形,仍然要依賴機(jī)器人控制系統(tǒng)的快速性[11]。以上研究始終依靠四足機(jī)器人的快速反應(yīng)和調(diào)整來適應(yīng)未知地形對(duì)機(jī)器人的沖擊,不能從根本上減小對(duì)機(jī)器人的沖擊。為此,本文提出一種面向未知地形的四足機(jī)器人軌跡優(yōu)化方法,將不同地形下的理想足端軌跡分段融合,得到適應(yīng)多種地形的足端軌跡。1 四足機(jī)器人受力分析研究本體為斯坦福的四足機(jī)器人Doggo。Doggo采用并聯(lián)式腿部結(jié)構(gòu),每條腿具有兩
- 四足機(jī)器人五桿單腿機(jī)構(gòu)性能分析及軌跡規(guī)劃
，同時(shí)具有較大的足端工作范圍［2］。針對(duì)這些設(shè)計(jì)要求，目前常見的四足機(jī)器人腿部構(gòu)型有串聯(lián)式、并聯(lián)式以及混聯(lián)式三種，針對(duì)不同的構(gòu)型其具有不同的特性。其中，串聯(lián)式多為開環(huán)關(guān)節(jié)連桿機(jī)構(gòu)，由大腿、小腿以及髖關(guān)節(jié)組成，仿照四足動(dòng)物腿部關(guān)節(jié)的布置形式有膝式與肘式兩種［3］，如國外某公司開發(fā)的Little Dog、Big Dog 等系列機(jī)器人，腿部構(gòu)型均采用串聯(lián)機(jī)構(gòu)，具有較塊的移動(dòng)速度，為提高其承載能力采用高輸出功率的液壓驅(qū)動(dòng)方式［4］，從而導(dǎo)致機(jī)器人單腿質(zhì)量較大。對(duì)于
機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 2022年8期2022-08-19
- 四足機(jī)器人足端復(fù)合軌跡的優(yōu)化與性能分析*
點(diǎn)問題，而良好的足端軌跡可以增加四足機(jī)器人對(duì)復(fù)雜地形的適應(yīng)性和穩(wěn)定性，因此四足機(jī)器人的軌跡規(guī)劃是研究的重要問題［1-3］。四足機(jī)器人的軌跡規(guī)劃通常是在笛卡爾空間或關(guān)節(jié)空間中進(jìn)行的，并且兩者之間存在著映射關(guān)系。笛卡爾空間軌跡規(guī)劃能直觀了解足端的運(yùn)動(dòng)軌跡，但求解關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算量很大。關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃常采用插值的方法，在運(yùn)算方面有著較好的優(yōu)越性［4-5］。常見的足端軌跡有擺線軌跡和多項(xiàng)式軌跡等方式［6-8］。Yoshihiro Sakakibara 等提
- 基于四足機(jī)器人的全向運(yùn)動(dòng)控制與仿真
析了四足機(jī)器人的足端軌跡規(guī)劃和全向運(yùn)動(dòng)的基本控制算法和動(dòng)態(tài)仿真方法。1 四足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)研究四足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)主要研究機(jī)器人在空間中的位置、姿態(tài)和足端相對(duì)身體之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。主要分為從關(guān)節(jié)角度控制量解算足端運(yùn)動(dòng)特性的正運(yùn)動(dòng)學(xué)和根據(jù)足端運(yùn)動(dòng)規(guī)劃求解關(guān)節(jié)角度驅(qū)動(dòng)的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。同時(shí)包括位置、姿態(tài)、速度、加速度等方面的分析[5-6]。1.1 動(dòng)力學(xué)建模通過對(duì)四足哺乳動(dòng)物身體結(jié)構(gòu)的仿生學(xué)等效得出了簡(jiǎn)單四足機(jī)器人結(jié)構(gòu)如圖1所示。每條腿由大腿、小腿和足三個(gè)部分組成，
火控雷達(dá)技術(shù) 2022年2期2022-07-22
- 四足機(jī)器人足端復(fù)合軌跡運(yùn)動(dòng)特性研究*
勢(shì)[2]。合理的足端運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃不僅能保證四足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)效率，還能提高機(jī)器人運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性[3]，因此針對(duì)四足機(jī)器人足端軌跡規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行研究，具有十分重要意義。國內(nèi)外對(duì)四足機(jī)器人的足端軌跡規(guī)劃研究，基于機(jī)器人在平地運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性上考慮多選用簡(jiǎn)單的擺線函數(shù)[4]、多項(xiàng)式函數(shù)[5]、橢圓函數(shù)[6]等完整統(tǒng)一的曲線規(guī)劃足端軌跡。本文將綜合考慮機(jī)器人運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、運(yùn)動(dòng)效率、地形適應(yīng)能力等方面因素，對(duì)機(jī)器人足端軌跡進(jìn)行設(shè)計(jì)，以運(yùn)動(dòng)效率較高的對(duì)角步態(tài)運(yùn)動(dòng)方式在Adams和
現(xiàn)代機(jī)械 2022年3期2022-07-11
- 組合式陸空兩棲機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與仿真
底軌跡，使用這種足端軌跡可以使足端在落地時(shí)的沖擊為零。文獻(xiàn)[7]通過橢圓足底軌跡得到了機(jī)器人對(duì)角運(yùn)動(dòng)步態(tài)，滿足實(shí)際樣機(jī)行走需求。而采用貝塞爾曲線為足端軌跡，讓機(jī)身進(jìn)行勻速直線運(yùn)動(dòng)，使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)walk步態(tài)。該方法在ADAMS仿真環(huán)境下獲得了較好的運(yùn)動(dòng)效果，進(jìn)而驗(yàn)證了規(guī)劃的可行性。2 陸空兩棲機(jī)器人構(gòu)型方案2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)組合式構(gòu)型方案是將四旋翼飛行器和四足步行機(jī)器人功能進(jìn)行結(jié)合，使其兼具四旋翼飛行器的靈活性和四足步行機(jī)器人的超強(qiáng)地面適應(yīng)能力。它們可以實(shí)現(xiàn)結(jié)
機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 2022年6期2022-06-28
- 一種平面閉鏈腿式機(jī)構(gòu)的尺度參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)
言腿式機(jī)器人采用足端離散接觸地面的方式跨越障礙，對(duì)非結(jié)構(gòu)化環(huán)境具有很好的適應(yīng)性，因此在空間探索、戰(zhàn)場(chǎng)偵察、抗災(zāi)救援等方面具有良好的應(yīng)用前景[1-3]。其中，基于平面多閉環(huán)連桿機(jī)構(gòu)的腿式機(jī)器人具有控制簡(jiǎn)單、可靠性高等特點(diǎn)，引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注[4-7]。在過去的幾十年中，研究人員提出了眾多閉鏈腿式機(jī)構(gòu)[8-12]，如Chebyshev機(jī)構(gòu)、Klann機(jī)構(gòu)、Theo Jansen機(jī)構(gòu)(TJL)等。在此類機(jī)構(gòu)中，TJL可以生成與步行哺乳動(dòng)物相似的足端軌跡，且該
中國機(jī)械工程 2022年11期2022-06-22
- 基于R+(3-CPR)+U混聯(lián)機(jī)構(gòu)的四足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及軌跡規(guī)劃
器人在移動(dòng)過程中足端與地面保持平行，可減緩對(duì)土壤的壓實(shí)。串并混聯(lián)機(jī)構(gòu)兼具并聯(lián)機(jī)構(gòu)和串聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，在足式移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多[4-5]。王曉磊等[6]設(shè)計(jì)了一種串并混聯(lián)四足移動(dòng)機(jī)器人，采用 Lagrange 方程建立了機(jī)器人腿部的動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)該機(jī)器人進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析；高建設(shè)等[7-8]通過3-RRR機(jī)構(gòu)串聯(lián)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)作為機(jī)器人的腿部結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種四足移動(dòng)機(jī)器人，采用D-H法求解了機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu)的位置反解，并通過ADAMS軟件進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真分析；
機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程 2022年4期2022-05-17
- 基于Simulink/SimMechanics的四足機(jī)器人足端軌跡規(guī)劃及動(dòng)態(tài)仿真分析
人步態(tài)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，足端軌跡規(guī)劃的研究成為當(dāng)今眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)，而足端軌跡規(guī)劃的好壞直接影響了四足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，機(jī)構(gòu)的使用壽命等。目前應(yīng)用比較廣泛的足端軌跡規(guī)劃函數(shù)有多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)軌跡、橢圓運(yùn)動(dòng)函數(shù)、擺線運(yùn)動(dòng)函數(shù)等[2]，為了足端軌跡能更好的適應(yīng)環(huán)境變化，很多研究者都會(huì)對(duì)這些函數(shù)進(jìn)行改進(jìn)。例如，日本學(xué)者Yoshihiro SAKAKIBARA[3]等人對(duì)正弦函數(shù)存在的缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，提出了在前進(jìn)方向和豎直方向上的加速度采用正弦函數(shù)的方法；韓國漢陽大學(xué)的Kye
制造業(yè)自動(dòng)化 2022年4期2022-05-12
- 基于最優(yōu)時(shí)間間隔的足式機(jī)器人足端軌跡規(guī)劃＊
210031）足端軌跡直接影響足式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性[1-2]，是國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。利用笛卡爾坐標(biāo)表示的足端軌跡易于實(shí)現(xiàn)地面接觸檢查、避障等功能[3-4]，因此目前足端軌跡規(guī)劃研究主要集中在足端軌跡曲線對(duì)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的影響。如Cho J等[5]考慮到地面對(duì)足端的支持力影響，對(duì)垂直地面方向的足端軌跡曲線進(jìn)行了規(guī)劃，提高了機(jī)身穩(wěn)定性。Chae K G等[6]優(yōu)化了gallop步態(tài)的騰空相軌跡，降低了運(yùn)動(dòng)能耗。王立鵬等[7-8]提出一種零沖擊的足端軌跡規(guī)劃改
制造技術(shù)與機(jī)床 2022年5期2022-05-12
- 一種新型輪腿四足機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化*
電機(jī)3驅(qū)動(dòng),控制足端的前后和上下移動(dòng),整條腿共有3個(gè)自由度;輪子安裝在膝關(guān)節(jié)處,由電機(jī)4進(jìn)行驅(qū)動(dòng),電機(jī)4通過同步帶傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪子實(shí)現(xiàn)輪式行走。2 腿部機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析對(duì)腿部機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析是研究四足機(jī)器人的基礎(chǔ)。因此,此處筆者選取機(jī)器人的左前腿為研究對(duì)象,進(jìn)行其腿部機(jī)構(gòu)位置正、反解分析。腿部機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3所示。圖3 機(jī)器人腿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖r1—桿OA長(zhǎng)度,mm;r2—桿BC長(zhǎng)度,mm;r3—桿AP長(zhǎng)度,mm;r4—桿OA長(zhǎng)度,mm;l1—桿AD長(zhǎng)度,mm;θ0—O
機(jī)電工程 2022年4期2022-04-22
- 多足機(jī)器人單腿運(yùn)動(dòng)學(xué)分析*
卡洛數(shù)值分析法對(duì)足端工作空間進(jìn)行仿真分析；第五節(jié)，對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)。1 正運(yùn)動(dòng)學(xué)求解機(jī)械腿的正運(yùn)動(dòng)學(xué)求解：已知連桿幾何參數(shù)及各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角，求足端位置[9]。首先對(duì)機(jī)械腿進(jìn)行模型簡(jiǎn)化，再采用D-H建模法[10]對(duì)該機(jī)械腿建立各連桿坐標(biāo)系，如圖2所示。然后確定D-H參數(shù)，如表1所示。表1 機(jī)械腿D-H參數(shù)圖2 機(jī)械腿的連桿坐標(biāo)系根據(jù)連桿坐標(biāo)系間的變換矩陣，可得腿部連桿坐標(biāo)系間的變換通式將表1中的數(shù)據(jù)代入（1）中，可得到連桿L1、L2和L3對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)變換矩陣。并且足
南方農(nóng)機(jī) 2022年7期2022-04-12
- 基于5次NURBS的六足機(jī)器人足端軌跡規(guī)劃
作空間內(nèi)，機(jī)器人足端行走過的路徑比較直觀，容易觀察，但是該方法未考慮運(yùn)動(dòng)的奇異性，運(yùn)動(dòng)需要經(jīng)常計(jì)算逆解；二是在關(guān)節(jié)空間中，通過運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解方程，將笛卡爾空間中腿部所處的位置時(shí)間序列與其關(guān)節(jié)空間中的位置時(shí)間序列相對(duì)應(yīng)，該方法對(duì)關(guān)節(jié)的角速度和角加速度有一定程度上的約束，還避免了運(yùn)動(dòng)奇異性[1]。在實(shí)際研究中，軌跡規(guī)劃有多種方法，例如梯形法、正弦法[2]、多項(xiàng)式以及B樣條[3-4]等。其中，NURBS(非均勻有理B樣條)曲線插值法能保證軌跡規(guī)劃時(shí)角度、角速度和角加
湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2022年1期2022-02-28
- 基于VMC仿生四足機(jī)器狗步態(tài)設(shè)計(jì)
常用[6]。3 足端軌跡規(guī)劃足端軌跡規(guī)劃是四足腿部控制達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)的前提，根據(jù)目標(biāo)的位置來確定軌跡的函數(shù)方程中的變量，然后進(jìn)一步通過方程求出足端坐標(biāo)，將得到的以時(shí)間為函數(shù)變化的坐標(biāo)通過運(yùn)動(dòng)學(xué)的逆解得出四足關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)所需要的角度，通過循環(huán)程序?qū)崿F(xiàn)周期性的運(yùn)動(dòng)，從而精確的實(shí)現(xiàn)腿部的運(yùn)動(dòng)學(xué)控制。為了實(shí)現(xiàn)理想的步態(tài)模型，足端軌跡規(guī)劃必須滿足形進(jìn)時(shí)平穩(wěn)，關(guān)節(jié)部位沒有交大的沖擊且擺動(dòng)相抬腿和落地時(shí)實(shí)現(xiàn)零沖擊且足端軌跡圓滑。時(shí)刻足端處于擺動(dòng)項(xiàng)，～T時(shí)刻足端處于支撐相。水平方
電子制作 2022年3期2022-02-17
- 四足機(jī)器人單腿系統(tǒng)及其跳躍柔順控制的研究
靈活性的運(yùn)動(dòng)，在足端著地時(shí)具有大沖擊力的特點(diǎn)[2]。采用剛性的結(jié)構(gòu)形式和常用的位置控制方法往往運(yùn)動(dòng)效果不大理想[3]。國內(nèi)外專家學(xué)者提出了許多新穎的結(jié)構(gòu)形式和控制方法。在結(jié)構(gòu)上的解決方案主要是通過在單腿上加裝被動(dòng)元件，如彈簧，阻尼等，使腿部在運(yùn)動(dòng)中被動(dòng)地實(shí)現(xiàn)一定的柔順效果，如文獻(xiàn)[4]基于貓的腿部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)足式機(jī)器人，但這種方法只能應(yīng)用在單一的結(jié)構(gòu)化環(huán)境中，不具有地形適應(yīng)性。目前較好的解決方案是在單腿系統(tǒng)的控制方法上采用柔順控制方法，如虛擬模型控制，阻抗控制
機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 2022年1期2022-01-27
- 一種用于消防的四足機(jī)器人
個(gè)自由度。目前的足端的設(shè)計(jì)主要分為球形足端、圓柱形足端、仿生足端。本文設(shè)計(jì)的為偽球形足端，偽球形足端擁有和球形足端一樣的環(huán)境適應(yīng)能力，但在防滑和穩(wěn)定上更勝一籌，如圖。本設(shè)計(jì)將波士頓動(dòng)力的無刷電機(jī)改用做舵機(jī)作為動(dòng)力，舵機(jī)的控制原理較為容易，需要一個(gè)20 ms的脈沖周期，本設(shè)計(jì)使用180°舵機(jī)，在 20 ms 的脈沖周期中使用不同占空比的高低電平，不同的占空比對(duì)應(yīng)的角度不同[13-14]，占空比和角度對(duì)應(yīng)比如表 1所示。控制算法模型是以每個(gè)腿建立中心點(diǎn)，采用運(yùn)
科學(xué)與生活 2021年25期2021-12-02
- 基于高階多項(xiàng)式的爬游機(jī)器人足端軌跡規(guī)劃
動(dòng)，需要對(duì)機(jī)器人足端位置進(jìn)行軌跡規(guī)劃。軌跡規(guī)劃是采用時(shí)間序列信息對(duì)機(jī)器人足端的位置、速度等參數(shù)進(jìn)行規(guī)劃進(jìn)而控制機(jī)器人足端空間位置與姿態(tài)[5-8]。常用的軌跡規(guī)劃方法有貝塞爾曲線[9-10]、基于遺傳算法的軌跡曲線[11]和B樣條曲線[12]等。通過對(duì)機(jī)器人足端軌跡進(jìn)行規(guī)劃，使機(jī)械腿運(yùn)動(dòng)平滑，減少?zèng)_擊和振動(dòng)，對(duì)提高機(jī)械腿的穩(wěn)定性、可靠性和工作效率有重要意義。文獻(xiàn)[13] 為了解決機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械腿與機(jī)體之間存在的互斥力問題，提出了一種當(dāng)機(jī)器人足端處于支
計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制 2021年11期2021-12-01
- 基于復(fù)合擺線的下肢假肢步態(tài)規(guī)劃及運(yùn)動(dòng)仿真
imbs2.2 足端步態(tài)規(guī)劃復(fù)合擺線法是足端步態(tài)規(guī)劃中常見的一種方法，因?yàn)槠湮灰?、速度和加速度在前進(jìn)和抬起方向上均為正弦函數(shù)，故觸地時(shí)地面對(duì)足端沖擊力較小，可保證下肢交替運(yùn)動(dòng)時(shí)更加平穩(wěn)且不易打滑，具有良好的穩(wěn)定性。假設(shè)下肢假肢在xy平面運(yùn)動(dòng)，足端軌跡可表示為[9](1)式(1)中：r為半徑。x方向的位移、速度、加速度應(yīng)滿足式(2)約束。(2)y方向應(yīng)滿足的位移、速度、加速度應(yīng)滿足式(3)約束。(3)利用MATLAB優(yōu)化工具箱對(duì)式(1)～式(3)進(jìn)行求解，求
科學(xué)技術(shù)與工程 2021年32期2021-11-23
- 四足機(jī)器人Trot步態(tài)規(guī)劃與仿真分析
未考慮四足機(jī)器人足端初始位置對(duì)Trot 步態(tài)穩(wěn)定性的影響?；诖耍狙芯酷槍?duì)四足機(jī)器人的軌跡規(guī)劃問題展開研究，在運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的基礎(chǔ)上，從足端軌跡優(yōu)化、初始足端位置選擇這兩個(gè)方面對(duì)四足機(jī)器人的Trot步態(tài)進(jìn)行規(guī)劃，并用Matlab/Simulink 仿真平臺(tái)驗(yàn)證此步態(tài)規(guī)劃的合理性。從而實(shí)現(xiàn)四足機(jī)器人以Trot步態(tài)相對(duì)穩(wěn)定地行走。2 四足機(jī)器人結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)學(xué)方程2.1 四足機(jī)器人實(shí)體結(jié)構(gòu)四足機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)一般分為4 種方式：“全肘式”、“全膝式”、“前膝后肘式”和
湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2021年5期2021-11-01
- 直驅(qū)式四足機(jī)器人的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與研究
以通過解耦身體和足端軌跡達(dá)到主動(dòng)懸掛的效果，在復(fù)雜地形的移動(dòng)效率明顯高于其他類型移動(dòng)機(jī)器人[3]。四足機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式主要有液壓驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和電力驅(qū)動(dòng)[4]，其中，電力驅(qū)動(dòng)可按驅(qū)動(dòng)電機(jī)有無含齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的減速器分為非直驅(qū)式和直驅(qū)式。2016年，KENNEALLY等[5]首次提出直驅(qū)式四足機(jī)器人的概念，介紹了直驅(qū)式四足機(jī)器人高驅(qū)動(dòng)帶寬和機(jī)械效率等優(yōu)點(diǎn)。為了提高奔跑速度，BLACKMAN等[6-7]對(duì)直驅(qū)式四足機(jī)器人的三角形足端軌跡和步態(tài)進(jìn)行優(yōu)化，研究了腿部
中國機(jī)械工程 2021年18期2021-10-09
- 面對(duì)未知坡面的四足機(jī)器人足端軌跡仿真研究
計(jì)了一種基于控制足端運(yùn)動(dòng)軌跡讓機(jī)器人實(shí)現(xiàn)在斜面上平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)的方案，并進(jìn)行了穩(wěn)定裕度分析，綜合機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)連續(xù)性考慮，給出了一個(gè)通過控制身體俯仰角來實(shí)現(xiàn)斜面連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)的方法。如圖1，本文設(shè)計(jì)了一種液壓驅(qū)動(dòng)的12 自由度四足機(jī)器人，通過參考俯仰角的變化量來調(diào)整機(jī)器人坡面的質(zhì)心位置，并根據(jù)俯仰角的變化量對(duì)足端軌跡進(jìn)行實(shí)時(shí)重新解算，使得足端力豎直于地面而非坡面，為增加四足坡面穩(wěn)定性提供支撐。使四足機(jī)器人實(shí)現(xiàn)30°坡面的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。圖1 四足機(jī)器人模型Fig.1 Qu
農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程 2021年9期2021-10-04
- 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)預(yù)定軌跡的優(yōu)化設(shè)計(jì)與仿真
。本文針對(duì)機(jī)器人足端軌跡，在橢圓軌跡的基礎(chǔ)上重新規(guī)劃，以期獲得具有更強(qiáng)穩(wěn)定性的機(jī)器人足端新規(guī)劃軌跡，并通過Matlab編程實(shí)現(xiàn)新規(guī)劃軌跡的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)而設(shè)計(jì)機(jī)器人的單條腿部機(jī)構(gòu)。1 機(jī)器人足端軌跡的確定曲柄搖桿機(jī)構(gòu)經(jīng)常被用作機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)。本文將曲柄搖桿機(jī)構(gòu)作為機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)。機(jī)器人足端軌跡如圖1所示。采用這種橢圓軌跡的優(yōu)點(diǎn)是能夠保證機(jī)器人足端與地面接觸時(shí)的速度和加速度都為零，從一定程度上減輕機(jī)器人足端與地面碰撞的強(qiáng)度，提高機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu)的使用
成組技術(shù)與生產(chǎn)現(xiàn)代化 2021年2期2021-09-18
- 四足機(jī)器人不規(guī)則地形穩(wěn)定方法研究
PFC采用機(jī)器人足端的力傳感器和陀螺儀采集到的反饋信號(hào)來對(duì)機(jī)器人姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整。文獻(xiàn)[17-18]提出了基于動(dòng)量的平衡控制器，通過約束優(yōu)化問題的定義，計(jì)算所允許的關(guān)節(jié)加速度，以獲得所需的角動(dòng)量和線性動(dòng)量。也有通過深度學(xué)習(xí)對(duì)四足機(jī)器人進(jìn)行大量訓(xùn)練與學(xué)習(xí)，從而實(shí)現(xiàn)無建?？刂芠19]。C Gehring等研究了在平坦地形下基于接觸力的四足機(jī)器人平衡控制算法[20]。本文設(shè)計(jì)一個(gè)基于四足機(jī)器人全身動(dòng)力學(xué)的平衡控制器，以每條腿的足端位置向量為入手點(diǎn)，通過實(shí)時(shí)獲得每條腿
沈陽理工大學(xué)學(xué)報(bào) 2021年3期2021-09-14
- 雙閉鏈?zhǔn)讲叫型葯C(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析
度少、易控制，但足端軌跡單一、環(huán)境適應(yīng)性弱；腿部自由度多、足端軌跡豐富、環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)，但控制難度大。針對(duì)開鏈?zhǔn)讲叫型茸杂啥榷唷㈦姍C(jī)驅(qū)動(dòng)需換向的問題，設(shè)計(jì)一種由電機(jī)連續(xù)驅(qū)動(dòng)的兩自由度雙閉鏈?zhǔn)讲叫型葯C(jī)構(gòu)，對(duì)其足端軌跡進(jìn)行規(guī)劃，且通過步行腿仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證步行腿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與足端軌跡規(guī)劃的可行性。1 雙閉鏈?zhǔn)讲叫型葯C(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)以電機(jī)連續(xù)整周驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的足端軌跡為目標(biāo)，設(shè)計(jì)一種新型的雙閉鏈?zhǔn)讲叫型葯C(jī)構(gòu)，即將2 個(gè)單自由度平面四桿機(jī)構(gòu)組合在一起，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1。圖1 雙
- GIS內(nèi)壁檢測(cè)的四足爬壁機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析*
坐標(biāo)系，分析了其足端的可達(dá)空間和穩(wěn)定性。上述機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，不能準(zhǔn)確地在基礎(chǔ)坐標(biāo)系下描述機(jī)器人的位姿，沒有針對(duì)具體的軌跡規(guī)劃分析其關(guān)節(jié)角度運(yùn)動(dòng)情況，沒有對(duì)實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡和理論軌跡進(jìn)行分析，缺少實(shí)驗(yàn)論證。本文設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于GIS開關(guān)的四足管道爬壁機(jī)器人，通過建立了管道基礎(chǔ)坐標(biāo)系描述了機(jī)器人的位姿?；跈C(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)，為了避免足端和管道內(nèi)壁發(fā)生碰撞，對(duì)足端進(jìn)行軌跡規(guī)劃，通過實(shí)驗(yàn)誤差分析驗(yàn)證機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的可行性和準(zhǔn)確性。1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)空間是管道
組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù) 2021年6期2021-07-02
- 六足排爆機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析
作情況，設(shè)計(jì)兩種足端軌跡應(yīng)對(duì)平坦和崎嶇的地面情況，把足端軌跡代入到機(jī)械模型中，實(shí)現(xiàn)了整機(jī)的仿真。1 排爆機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.1 六足排爆機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)排爆機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在工作狀態(tài)下應(yīng)具有承載能力好、穩(wěn)定性好、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，且在復(fù)雜地形狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)功能良好［4］。如圖1所示，設(shè)計(jì)的六足排爆機(jī)器人主要由腿部，控制中心和操作手組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要滿足全方位空間操作要求，并安裝視覺系統(tǒng)，和排爆工作的操作手等裝置。在復(fù)雜周邊情況下工作的排爆機(jī)器人，采用機(jī)械視覺和多
長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版） 2021年3期2021-06-30
- 自重構(gòu)仿生四足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及仿真
一樣。每個(gè)機(jī)械腿足端裝配一個(gè)半圓形橡膠墊，減少與地面的沖擊力。2 仿生四足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析2.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)建模以機(jī)械腿IV為例，對(duì)自重構(gòu)仿生四足機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。把機(jī)械腿各關(guān)節(jié)簡(jiǎn)化為連桿機(jī)構(gòu)，在機(jī)器人機(jī)體與機(jī)械腿的各關(guān)節(jié)建立坐標(biāo)系，如圖4所示。機(jī)器人坐標(biāo)系Oc-xcyczc建立在機(jī)體上，原點(diǎn)為機(jī)體質(zhì)心點(diǎn)，yc正向?yàn)闄C(jī)體移動(dòng)的方向，zc的反向?yàn)橹亓Ψ较?。坐?biāo)系O0-x0y0c0建立在機(jī)體與機(jī)械腿連接的關(guān)節(jié)處，原點(diǎn)Oc在機(jī)體中的坐標(biāo)為(a,b,c)。坐標(biāo)系O
機(jī)械制造與自動(dòng)化 2021年2期2021-05-21
- 基于五次多項(xiàng)式的四足機(jī)器人軌跡規(guī)劃
換矩陣Tn，可得足端以機(jī)體坐標(biāo)系表示的變換矩陣如下：由此我們可以得出足端相對(duì)機(jī)體坐標(biāo)系的坐標(biāo)P3，即為機(jī)器人的正運(yùn)動(dòng)學(xué)求解。對(duì)正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程求逆解可得逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，即可以用機(jī)器人足端位置得到各個(gè)關(guān)節(jié)的角度。這里只求出RF 即右前腿的運(yùn)動(dòng)學(xué)，用同樣的方法可以求出剩下3 條腿的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。2 軌跡規(guī)劃2.1 步態(tài)規(guī)劃四足機(jī)器人步態(tài)分為動(dòng)步態(tài)以及靜步態(tài)，兩者區(qū)別就是，當(dāng)任何時(shí)刻支撐腿數(shù)量小于3條，則是動(dòng)步態(tài)；反之，則為靜步態(tài)[9]。本文主要研究的是靜步態(tài)即walk
農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程 2021年3期2021-04-02
- 基于ZMP的四足仿生機(jī)器人反應(yīng)式行為控制策略研究
地形行走時(shí)會(huì)受到足端與地面非預(yù)期碰撞而產(chǎn)生的沖擊力，影響平臺(tái)穩(wěn)定；另一方面，足式機(jī)器人也會(huì)由于機(jī)身與外界碰撞或搭載載荷而受到外力擾動(dòng)，影響平臺(tái)位姿.因此減少外力沖擊對(duì)四足機(jī)器人穩(wěn)定行走的影響十分重要.為實(shí)現(xiàn)四足機(jī)器人的柔順步態(tài)行走，一般在腿部設(shè)計(jì)被動(dòng)柔順機(jī)構(gòu)或采用合適的主動(dòng)柔順控制策略.被動(dòng)柔順結(jié)構(gòu)對(duì)四足機(jī)器人穩(wěn)定性的提高有限，主動(dòng)柔順控制主要通過對(duì)四足機(jī)器人模型施加力控制算法來實(shí)現(xiàn).上世紀(jì)80年代，Raibert使用彈簧負(fù)載倒立擺模型(SLIP)[1]實(shí)
車輛與動(dòng)力技術(shù) 2021年1期2021-04-01
- 輪腿式火星探測(cè)機(jī)器人的多目標(biāo)協(xié)同控制
保障，車體姿態(tài)、足端接觸力、車輪的驅(qū)動(dòng)力都將影響其行進(jìn)的穩(wěn)定性，車體姿態(tài)、足端接觸力控制是保障輪腿機(jī)器人穩(wěn)定行進(jìn)的前提，可以避免車體不確定的振動(dòng)，足端懸空、滑移及驅(qū)動(dòng)力不足等問題。輪足車輪驅(qū)動(dòng)力控制即過驅(qū)動(dòng)問題也是輪足機(jī)器人穩(wěn)定行進(jìn)的研究重點(diǎn)。要實(shí)現(xiàn)輪腿機(jī)器人在不規(guī)則地形的穩(wěn)定行進(jìn)，多個(gè)控制的協(xié)同控制必不可少，這也帶來了新的控制問題和挑戰(zhàn)。本文主要研究輪腿機(jī)器人車體姿態(tài)、足端接觸力和車體重心高度的協(xié)調(diào)控制問題。德國研究者提出了利用車體姿態(tài)和足端力實(shí)現(xiàn)對(duì)車體
航空學(xué)報(bào) 2021年1期2021-03-28
- 基于擴(kuò)展雅可比矩陣的冗余液壓驅(qū)動(dòng)四足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制
機(jī)器人入地角度、足端工作空間及零力矩點(diǎn)的協(xié)調(diào)等問題.因此,針對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)冗余的液壓四足機(jī)器人的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問題,本文提出了一種計(jì)算量少,簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)的擴(kuò)展雅可比矩陣法.此方法既能解決機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)冗余問題,還能使機(jī)器人入地角度滿足摩擦錐的要求以避免足端滑動(dòng)并滿足零力矩點(diǎn)要求[31].通過仿真實(shí)驗(yàn)和常用的梯度投影法作了比較,此方法在對(duì)角步態(tài)(trot)下在實(shí)時(shí)性上和運(yùn)動(dòng)性能上有很好的表現(xiàn);在斜坡環(huán)境下也能平穩(wěn)的行走.最后又通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可行性和有效性.2 四足機(jī)
控制理論與應(yīng)用 2021年2期2021-03-22
- 液壓四足機(jī)器人足端的力預(yù)測(cè)控制與運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性
。液壓四足機(jī)器人足端與外界環(huán)境間的約束關(guān)系影響機(jī)身運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的穩(wěn)定性[3-4]。目前，影響液壓四足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)姿態(tài)平穩(wěn)性的足端力控制主要基于阻抗的控制策略。李鑫[5]、張國騰[6]采用基于慣性-剛度-阻尼模型的阻抗控制策略，通過調(diào)節(jié)阻抗模型參數(shù)使腿部的力柔順，該液壓伺服系統(tǒng)具有系統(tǒng)非線性及參數(shù)時(shí)變性等特點(diǎn)，足端位置力跟蹤存在穩(wěn)態(tài)誤差。丁慶鵬[7]提出的自適應(yīng)阻抗控制策略可對(duì)環(huán)境剛度及環(huán)境位置進(jìn)行辨識(shí)，有效減小了足端位置力跟蹤穩(wěn)態(tài)誤差，但存在響應(yīng)延遲。蘇文海等[
中國機(jī)械工程 2021年5期2021-03-15
- 足式液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人腿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析
由度.踝關(guān)節(jié)是由足端組成，可沿3個(gè)不同方向進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng).單腿部件由大腿機(jī)構(gòu)、小腿機(jī)構(gòu)和足端組成，足端安裝在小腿機(jī)構(gòu)的底部，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)前后運(yùn)動(dòng)均由安裝在大腿部件的油缸控制，通過安裝在機(jī)身的油缸來控制髖關(guān)節(jié)側(cè)擺運(yùn)動(dòng)方向，足端為球形足.綜上，本文所設(shè)計(jì)的單腿機(jī)構(gòu)包括兩自由度的髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)以及可沿3個(gè)不同方向轉(zhuǎn)動(dòng)的球形足，其單腿機(jī)構(gòu)如圖1所示.圖1中：A為髖關(guān)節(jié)擺動(dòng)中心；B為膝關(guān)節(jié)擺動(dòng)中心；C為球形足的中心；α為大腿前擺極限角；β為大腿骨向后擺動(dòng)的極限角；δ為小
蘭州工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào) 2021年1期2021-03-13
- 二自由度七連桿機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
桿機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu)足端的實(shí)際軌跡曲線與理想軌跡曲線誤差較大。章永年等[13]對(duì)二自由度七連桿(文中稱五連桿機(jī)構(gòu)，實(shí)際為七連桿機(jī)構(gòu))機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu)進(jìn)行了研究，優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)是關(guān)節(jié)電機(jī)力矩性能、節(jié)電機(jī)速度性能、電機(jī)的總能耗、五桿總長(zhǎng)最?。辉囼?yàn)僅選取了3個(gè)機(jī)構(gòu)參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量、10個(gè)約束條件，根據(jù)此約束條件不能保證機(jī)器人腿部足端點(diǎn)實(shí)現(xiàn)預(yù)先給定的理想軌跡曲線。由于沒有給出驅(qū)動(dòng)擺桿的擺動(dòng)角度范圍以及如何擺動(dòng)，無法驗(yàn)證試驗(yàn)機(jī)器人腿部足端點(diǎn)的實(shí)際軌跡曲線。為了使機(jī)器人
食品與機(jī)械 2020年7期2020-08-06
- 閉鏈?zhǔn)剿淖銠C(jī)器人對(duì)角小跑步態(tài)規(guī)劃與仿真分析*
塊機(jī)構(gòu)，用于調(diào)節(jié)足端運(yùn)動(dòng)軌跡。當(dāng)主閉鏈的曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)帶動(dòng)連桿上下移動(dòng)和產(chǎn)生一定程度的擺動(dòng)。如果將連桿反向延長(zhǎng)，其末端的軌跡接近于機(jī)器人腿機(jī)構(gòu)的足端軌跡。另外，其副閉鏈的曲柄一端固定在曲柄搖塊機(jī)構(gòu)的連桿之上，當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)滑塊結(jié)構(gòu)的腿部沿著連桿移動(dòng)，從而調(diào)節(jié)腿部的長(zhǎng)度，在機(jī)器人移動(dòng)過程中可通過對(duì)腿部長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)達(dá)到不同的步行運(yùn)動(dòng)效果。2 四足機(jī)器人對(duì)角小跑步態(tài)規(guī)劃?rùn)C(jī)器人運(yùn)動(dòng)主要是靠腿部機(jī)構(gòu)按照設(shè)定好的運(yùn)動(dòng)方式完成周期運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。四足動(dòng)物的典型步行步態(tài)有
機(jī)電工程 2020年5期2020-05-25
- 新型輪腿機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃策略
邁步前進(jìn)，常用的足端曲線為直線、拋物線、擺線、正弦曲線等[9-10]。該方法取得了較多成果并針對(duì)曲線規(guī)劃的缺陷進(jìn)行了改進(jìn)[11-12]，如文獻(xiàn)[13]提出的一種零沖擊軌跡規(guī)劃方法避免了足端加速度出現(xiàn)跳變、抬腿瞬間產(chǎn)生較大接觸力的問題?；趦?yōu)化目標(biāo)的步態(tài)控制策略是機(jī)器人在滿足越障的約束條件的前提下，以能耗最小為優(yōu)化目標(biāo)對(duì)足端軌跡進(jìn)行規(guī)劃，即通過對(duì)移動(dòng)機(jī)器人在一個(gè)完整步態(tài)周期內(nèi)消耗的能量進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而規(guī)劃出最優(yōu)能量消耗軌跡。本文設(shè)計(jì)出一種新型的步態(tài)可切換輪腿機(jī)
中國機(jī)械工程 2019年18期2019-10-11
- 四足步行機(jī)動(dòng)平臺(tái)半圓柱形足端偏差分析
方式下，半圓柱形足端的圓柱半徑越大，步行機(jī)動(dòng)平臺(tái)對(duì)非結(jié)構(gòu)性地形的適應(yīng)性就越強(qiáng)。但隨著半圓柱形足端圓柱半徑的增大，機(jī)動(dòng)平臺(tái)行走過程中足端與地面的接觸點(diǎn)會(huì)發(fā)生大范圍的變化，因而產(chǎn)生較大的地面沖擊，對(duì)步行機(jī)動(dòng)平臺(tái)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響[2]。因此，足端軌跡偏差問題是影響機(jī)動(dòng)平臺(tái)行走能力的重要方面。由于四足步行機(jī)動(dòng)平臺(tái)由結(jié)構(gòu)完全相同的四足實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，所以足端軌跡偏差問題最終可歸結(jié)為單腿坐標(biāo)系中的足端位置偏差問題。GUARDABRAZO等[3]對(duì)仿昆蟲類步行機(jī)動(dòng)平臺(tái)半球形足
裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報(bào) 2019年1期2019-05-23
- 四足機(jī)器人單腿跳躍柔順性的規(guī)劃和控制研究
躍過程中依然存在足端沖擊力大、柔順性不好的問題。在跳躍過程中，機(jī)器人足端與地面的接觸時(shí)間短，能量輸出大，機(jī)器人在起跳和著地時(shí)足端存在很大的沖擊力。一方面沖擊力會(huì)破壞機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)，影響控制系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)的可靠性，另一方面沖擊力會(huì)影響機(jī)器人行走的平衡性能，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生傾倒。解決機(jī)器人跳躍過程的柔順性問題，能有效地改善機(jī)器人足端受力情況，提高機(jī)器人的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)高性能的跳躍運(yùn)動(dòng)。針對(duì)單腿跳躍的柔順性問題，筆者以四足機(jī)器人單腿系統(tǒng)為研究對(duì)象，建立單腿
數(shù)字制造科學(xué) 2019年1期2019-04-08
- 液壓驅(qū)動(dòng)四足機(jī)器人單腿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析
部在運(yùn)動(dòng)過程中，足端所能達(dá)到的區(qū)域即足端運(yùn)動(dòng)空間，它的大小是評(píng)價(jià)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的靈活性和適應(yīng)性的重要指標(biāo)。因此，機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該盡量有足夠大的足端運(yùn)動(dòng)空間。機(jī)器人的腿部可簡(jiǎn)化為如下二桿模型，如圖1所示。圖1 單腿的二桿模型Fig.1 Two-bar Linkage Model of Single Leg由式（1）工作空間面積S的最大值的求解可分為以下兩部分考慮：若k為定值，則當(dāng)L1=L2時(shí)，S取到最大值；若k為變量，則其值的大小受 φ1，γ0，γ1
機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 2018年12期2018-12-18
- 仿壁虎機(jī)器人側(cè)爬型地壁過渡步態(tài)Matlab仿真
章首先分析求解了足端工作空間，再通過篩選將其限制在行走面上，通過傳感器判斷障礙物距離與形態(tài)，調(diào)用步態(tài)規(guī)劃算法來跨越障礙或者進(jìn)行相交平面之間的過渡。張昊等[9]提出了一種側(cè)向橫爬型過渡步態(tài)，即當(dāng)機(jī)器人身體軸線(頭部與尾巴連線)與墻面平行時(shí)，機(jī)器人可以像螃蟹一樣進(jìn)行側(cè)向橫爬運(yùn)動(dòng)，以完全對(duì)稱的步態(tài)過渡到墻面。西北工業(yè)大學(xué)曹飛祥等[10]設(shè)計(jì)并研究了一種具有柔性多桿機(jī)構(gòu)腰部和尾巴的仿壁虎機(jī)器人結(jié)構(gòu)，這種機(jī)器人可以跟真實(shí)壁虎一樣雙前腿和雙后腿分別經(jīng)過一次完整的步態(tài)過
機(jī)械制造與自動(dòng)化 2018年4期2018-08-21
- 四足機(jī)器人靜步態(tài)連續(xù)行走策略
文獻(xiàn)[3]通過對(duì)足端軌跡進(jìn)行規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)了液壓四足機(jī)器人在平地上的對(duì)角小跑步態(tài)，文獻(xiàn)[4]提出了一種零沖擊足端軌跡規(guī)劃算法，文獻(xiàn)[5]提出了一種基于參數(shù)化矩陣的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法，實(shí)現(xiàn)四足機(jī)器人在平面上的轉(zhuǎn)向與斜向運(yùn)動(dòng)。文獻(xiàn)[6]利用Bezier曲線設(shè)計(jì)了四足機(jī)器人足尖運(yùn)動(dòng)軌跡，并實(shí)現(xiàn)了高負(fù)載四足機(jī)器人水平面對(duì)角小跑。以實(shí)現(xiàn)四足機(jī)器人在平面上穩(wěn)定、連續(xù)行走為目標(biāo)，提出一種基于walk步態(tài)零沖擊足端軌跡規(guī)劃方法。首先運(yùn)用DH算法推導(dǎo)出單腿的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。然后采用直線規(guī)
機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 2018年7期2018-07-19
- 新型四足步行機(jī)器人串并混聯(lián)腿的軌跡規(guī)劃與仿真研究
落足點(diǎn)離散，在其足端能夠達(dá)到的范圍內(nèi)可以靈活調(diào)整行走姿態(tài)，并合理選擇支撐點(diǎn)，所以對(duì)復(fù)雜地形和非結(jié)構(gòu)化環(huán)境具有更強(qiáng)的適應(yīng)能力[3]，目前已成為機(jī)器人研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域之一.在四足機(jī)器人中，其腿部機(jī)構(gòu)多數(shù)是串聯(lián)的，比較典型的有美國波士頓動(dòng)力學(xué)公司的BigDog、獵豹Cheetah和野貓Wildcat等.這些機(jī)器人腿的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，建模和控制比較容易，但自重載重比大，承載能力相對(duì)較低.也有學(xué)者利用并聯(lián)腿機(jī)構(gòu)來設(shè)計(jì)仿生機(jī)器人，如上海交通大學(xué)提出的六足步行機(jī)器人的每條腿都是
鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版） 2018年2期2018-04-13
- 仿生四足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與步態(tài)轉(zhuǎn)換
機(jī)穩(wěn)定性的分析、足端軌跡的規(guī)劃、四足之間的協(xié)調(diào)等。針對(duì)整機(jī)穩(wěn)定性，研究者們提出過很多模型，如線性倒立擺模型、彈簧-阻尼模型等。足端軌跡也多種多樣，趙明國[3]規(guī)劃AIBO ERS-7的運(yùn)動(dòng)時(shí)提出了基于矩形的軌跡。Kim等[4]提出基于橢圓的軌跡。Sakakibara等[5]規(guī)劃出擺線軌跡。李志[6]結(jié)合正弦軌跡與橢圓軌跡規(guī)劃出類橢圓軌跡。此外，對(duì)步態(tài)轉(zhuǎn)換過程也有不少研究，步態(tài)轉(zhuǎn)換過程較復(fù)雜，兩種步態(tài)之間需要精確的計(jì)算才能順利轉(zhuǎn)換，并且在步態(tài)轉(zhuǎn)換過程中，整機(jī)
數(shù)字制造科學(xué) 2018年1期2018-04-11
- 四足機(jī)器人坡面運(yùn)動(dòng)時(shí)的姿態(tài)調(diào)整技術(shù)
復(fù)合擺線對(duì)機(jī)器人足端軌跡進(jìn)行規(guī)劃，以減小足端在換相點(diǎn)處與地面間的瞬時(shí)沖擊；以機(jī)器人質(zhì)心在斜面上的落點(diǎn)到支撐線的距離為判據(jù)進(jìn)行四足機(jī)器人坡面運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性分析，得到其姿態(tài)調(diào)整的確定值.在Adams中建立了四足機(jī)器人的虛擬樣機(jī)模型并進(jìn)行了仿真試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)所提出的姿態(tài)調(diào)整策略對(duì)提高四足機(jī)器人坡面運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性有效.四足機(jī)器人；坡面運(yùn)動(dòng)；姿態(tài)調(diào)整；對(duì)角小跑步態(tài)足部的巧妙設(shè)計(jì)和多足的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)使得足式機(jī)器人對(duì)于復(fù)雜地形有著良好的適應(yīng)性，這一特性是輪式機(jī)器人、履帶式機(jī)器人
北京理工大學(xué)學(xué)報(bào) 2016年3期2016-11-24
- 三彎腿 實(shí)用功能里的動(dòng)感韻律
狀；下有三高足，足端向外移，仿獸腿形，其功能與椅子的靠背，供坐臥扶靠用?！笨梢灾牢覈钤绲娜龔澩鹊碾r形出現(xiàn)在魏晉南北朝時(shí)期。經(jīng)過不斷的發(fā)展與完善，到了明清時(shí)期，我國三彎腿制作工藝臻于成熟。明清紅木家具中的三彎腿也可以分為高型和矮型兩種，兩種腳型各有特色。高型三彎腿常見于香幾等高型輕型家具中，如香幾的高型三彎腿，剛?cè)岵?jì)，通過考究的彎向、比例、細(xì)長(zhǎng)與末端擴(kuò)大成粗壯的馬蹄，在細(xì)節(jié)上顯示了它的無窮內(nèi)勁；其腿彎又與橫向S形壺門牙板一氣呵成，極其流暢、圓滑；高型三
中國林業(yè)產(chǎn)業(yè) 2016年9期2016-03-26
- 四足步行機(jī)動(dòng)平臺(tái)單腿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
四個(gè)主動(dòng)自由度，足端裝有減小腿與地面沖擊的被動(dòng)自由度。Bigdog之后的重型運(yùn)載平臺(tái)—LS3 四足步行機(jī)動(dòng)平臺(tái)單腿有三個(gè)主動(dòng)自由度，關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)非常靈活，整體采用主動(dòng)柔順控制，取消了足端彈簧。Bigdog 系列的最新產(chǎn)品Spot 四足步行機(jī)動(dòng)平臺(tái)單腿也有三個(gè)主動(dòng)自由度，各部分協(xié)調(diào)運(yùn)作的能力更強(qiáng)，關(guān)節(jié)的活動(dòng)更加自如，非常適合在人類的生活環(huán)境中使用。從Bigdog 系列四足步行機(jī)動(dòng)平臺(tái)的發(fā)展可以看出，單腿的結(jié)構(gòu)對(duì)機(jī)動(dòng)平臺(tái)的各項(xiàng)性能有重要影響，進(jìn)而決定了機(jī)動(dòng)平臺(tái)的應(yīng)
山西電子技術(shù) 2015年5期2015-11-28
- 基于樣條插值的仿壁虎機(jī)器人足端脫附軌跡規(guī)劃
針對(duì)仿壁虎機(jī)器人足端粘附脫附運(yùn)動(dòng)，提出了Spline三次樣條插值與Matlab/Simulink 半實(shí)物仿真相結(jié)合的足端軌跡生成及優(yōu)化的方法。合理選取關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，利用三次樣條插值，可快速得到所需復(fù)雜的光滑軌跡曲線。設(shè)計(jì)了測(cè)試平臺(tái)并進(jìn)行半實(shí)物仿真，通過分析數(shù)據(jù)采集卡采集的脫附力的變化趨勢(shì)，并合理調(diào)整三次樣條插值數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，優(yōu)化脫附軌跡及其法向力與切向力，使仿壁虎機(jī)器人單足脫附過程切向力和法向力保持在較小范圍。驗(yàn)證了該方法在單腿運(yùn)動(dòng)軌跡生成中的有效性和可行性，為四
現(xiàn)代電子技術(shù) 2015年16期2015-11-17
- 多足機(jī)器人足端支反力求解方法比較
91）多足機(jī)器人足端支反力求解方法比較趙士杰 郭祖華（北京航空航天大學(xué)，北京，100191）多足移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中足端支反力的求解是一個(gè)難題，本文介紹并比較了兩種計(jì)算方法，即偽逆法和優(yōu)化方法。偽逆法將等式約束線性化處理并補(bǔ)充到平衡方程中，然后利用偽逆理論求解；優(yōu)化方法則以各個(gè)關(guān)節(jié)力矩的平方和最小為目標(biāo)函數(shù)，搜尋最優(yōu)解。本文用偽逆法、基于常規(guī)規(guī)劃理論的優(yōu)化方法和遺傳算法分別實(shí)現(xiàn)了某6足機(jī)器人足端反力的求解。通過對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析比較，得知：偽逆法效率高，但
機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用 2014年6期2014-02-10
- 基于局部規(guī)則的六足仿生機(jī)器人步態(tài)控制
適用于自由步態(tài)的足端軌跡，實(shí)現(xiàn)了步態(tài)的平滑轉(zhuǎn)換.1 本體結(jié)構(gòu)六足機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)如圖1所示，六足仿生機(jī)器人由軀干和六條完全相同腿組成，腿部采用高集成模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由基節(jié)、股節(jié)和脛節(jié)組成，各個(gè)關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)也完全相同，保證了機(jī)器人良好的互換性.軀干里面集成有控制板，軀干－基節(jié)關(guān)節(jié)和基節(jié)－股節(jié)關(guān)節(jié)集成有一維力傳感器，脛節(jié)集成有三維力傳感器，可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)足端以及各個(gè)關(guān)節(jié)的力以及力矩，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的實(shí)時(shí)控制.圖1 六足機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)單腿有軀干－基節(jié)關(guān)節(jié)(基關(guān)節(jié))、基
- 仿生昆蟲家庭安保機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡的實(shí)現(xiàn)
式安保機(jī)器人通過足端設(shè)置傳感器，獲取準(zhǔn)確的地面的信息，調(diào)整其步態(tài)，并需要迅速準(zhǔn)確地改變運(yùn)動(dòng)形態(tài)，從而完成在這些環(huán)境的跨越和工作。本課題機(jī)器人是家庭安保機(jī)器人，考慮銷售成本，這類機(jī)器人一定是小型低成本的機(jī)器人。本文主要研究小型的仿生昆蟲多足家庭安保機(jī)器人（以下簡(jiǎn)稱家庭安保機(jī)器人）的足端軌跡規(guī)劃及其實(shí)現(xiàn)，以便這種低成本的機(jī)器人可以在家庭復(fù)雜多變的環(huán)境中運(yùn)行。1 家庭安保機(jī)器人基本機(jī)械結(jié)構(gòu)為了提高機(jī)器人適應(yīng)家庭復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)環(huán)境，節(jié)約機(jī)器人的制造成本，安保機(jī)器人采用
制造業(yè)自動(dòng)化 2012年23期2012-08-22