面向复杂地形的四足机器人步态生成方法

为实现四足机器人在凹凸地形上稳定运动并能选择最大步长的目的,提出了基于稳定裕度的步态规划方法。基于研究对象,建立四足机器人的运动学方程及逆运动学方程,将机器人足端的位置映射为各关节的关节变量;提出工作空间矩阵的概念,将所需克服的地形高度反映到工作空间矩阵中,并选择最优步态区域;依据四足机器人的立足点在质心坐标系下的空间坐标,以纵向稳定裕度为约束条件,在工作空间矩阵中计算机器人摆动腿的最大步长并规划机械腿的运动轨迹;针对所提出的方法,分别利用MATLAB和ADAMS进行仿真验证。在MATLAB环境中计算并验证质心的水平投影是否在立足点形成支撑多变形内,而ADAMS平台分析机器人在复杂地形上的位移变化及姿态变化。仿真结果表明机器人的质心始终在支撑多边形内,机器人的躯干姿态基本保持不变且运动速度匀速,所提出的方法能够保证机器人稳定行走,为四足机器人的稳定运动提出依据。     

一种新的双足机器人模型设计与相关研究

针对双足机器人最简模型在行走过程中出现摆动腿足部擦地的问题,提出了一种通过摆动腿膝关节弯曲达到摆动腿缩短的新模型。当摆动腿开始摆动时,摆动腿膝关节弯曲锁定,摆动腿缩短;当摆动腿摆动到最大位置时,膝关节解锁,摆动腿伸直再锁定,此后摆动腿回摆,系统变为直腿模型。采用脚后跟冲击控制,在摆动腿落地前,拖后的支撑腿与地面接触处施加一指向髋关节的瞬时冲击力,冲击力可以减小摆动腿着地时能量的损耗,同时驱动被动机器人向前行走。设计了迭代学习控制算法,找到极限环与不动点,实现不同给定期望步长跟踪的冲击力的计算。仿真结果表明,迭代学习控制可以有效的实现不同期望步长的跟踪,可以很快的找到机器人系统的不动点,通过收敛的相平面,得到稳定的极限环,保证了机器人行走过程稳定。     

基于虚拟位姿迟钝搜索的仿人机器人手臂抓取控制系统的设计

为了使仿人机器人手臂抓取控制系统更加智能化,提高运行效率,设计并实现了一种基于虚拟位姿迟钝搜索的仿人机器人手臂抓取控制系统。系统采用PMAC运动控制器完成机器人运行数据的传递、处理以及对机器人手臂抓取工作台的控制,采用Accelus系列数字伺服驱动器,调控仿人机器人运动位置和速度,通过关节控制器对机器人抓取过程中手臂关节的位置、速度以及角度信息进行控制,通过以S3C2440为核心芯片的上位机,实现仿人机器人手臂控制的远程通信以及抓取任务的调度,完成仿人机器人手臂抓取的智能控制,软件设计过程中,对基于虚拟位姿迟钝搜索的仿人机器人手臂抓取控制算法进行了详细分析,并给出了机器人手臂抓取控制程序代码实例,通过仿真实例验证了本系统的可用性和实用性。     

蛇形机器人蜿蜒运动控制分析

针对蛇形机器人的蜿蜒运动控制,首先分析了关节角度约束对运动控制函数参数取值的限制,确定了满足机械结构的运动控制参数范围;之后在Adams仿真环境下,建立蛇形机器人的三维虚拟运动模型,进行蜿蜒运动仿真,通过分析幅值控制参数对蛇形机器人弯曲度、运动速度和运动轨迹偏移的影响,提出了调整幅值参数的方法;实验结果表明,调整方法的有效性,从而实现蛇形机器人蜿蜒运动控制的优化。     

基于元胞传输模型的楼梯区域行人运动

针对楼梯区域行人运动进行观测实验,获得行人上下楼过程中的运动数据,通过对数据进行整理与分析,绘制不同过程中流量-密度变化关系图.通过对流密关系图进行定量分析,掌握楼梯区域行人运动特征,并改进原有元胞传输模型,提出楼梯行人运动模型,仿真模拟行人运动过程.模型中,引入势能修正系数,利用异向行人对元胞势能的影响来改变行人的路径选择;引入流量修正系数,描述不同的物理参数对元胞边界最大流量的影响;引入偏移系数,修正移动规则,增强优先方向对行人路径选择行为的影响.然后,通过比较仿真结果与实验数据,对模型及引入参数进行验证和校准.最后,利用校正模型,模拟研究楼梯区域对向行人运动过程,并对势能修正参数进行了灵敏度分析,进一步研究模型参数对行人运动的影响.研究表明,该模型可以模拟刻画楼梯区域行人运动过程,同时验证了楼梯区域行人集散效率跟行人到达率与行人路径选择有关.     

基于虚拟样机技术的四足机器人静态稳定步态规划

针对现有技术文献中广泛使用的多种静态稳定步态中速度稳定性与稳定裕度不可兼得的通病,在随动质心的静态步态基础上,利用参数化坐标变换矩阵方法规划出一种四足机器人前进过程中质心以曲线轨迹移动的静态步态方法,使该步态方法以连续性速度运动的过程中保证一定稳定裕度。通过D-H法求得四足机器人的逆运动学坐标变换矩阵,分别在三维空间中对四足机器人的四组足端轨迹方程进行规划,并带入MATLAB软件后以逆运动学方程计算出关节夹角驱动方程,利用步态规划图求出机器人四条腿各自对应的夹角驱动方程以及机体质心轨迹方程。最后在MSC.ADAMS软件中建立四足机器人虚拟样机并对规划的步态进行虚拟仿真,仿真结果验证了该步态对提升四足机器人对于速度连续性以及稳定裕度的提升。     

基于PSO算法的RoboCup2D机器人研究

对机器人体系结构、动作学习及行为的组织方式进行了研究,以演化计算为基本方法,以RoboCup2D为平台,设计了基于PSO算法的足球机器人的体系结构,解决感知、动作、和规划问题;在训练环境下,形成感知规则,优化感知相关参数,得到对信息高效快速的感知方法,并根据指定的粒度、功能、参数,对RoboCup2D机器人的原子动作进行了组合优化,得到一组带参数和执行效果描述的粒子动作;最后在赛场环境和任务驱动下,搜索粒子动作并进行组织规划,得到完成特定任务的机器人行为;RoboCup2D仿真实验表明,演化计算方法不仅能利用原子动作进行组合优化,得到适应于不同条件的粒子动作,而且能通过其在线搜索粒子动作,动态组成机器人行为;基于演化计算的足球机器人能更好地完成跑位、截球、带球、传球等任务,具有更强的适应性。     

基于倒立摆模型的四足机器人对角步态规划

为提高点着地四足机器人在匀速对角小跑过程中的动态稳定性,将对角小跑过程简化为一个倒立摆模型。针对四足机器人对角小跑过程中由于重心无法始终处于支撑对角线上所引起的翻转,在此模型中转换为由于重心引起的摆动角误差。采用虚位移原理对机器人摆动角的变化进行分析,确定不同重心运动变化对摆动角误差的影响并找到合适的重心起始位置,理论上能够使摆动角的误差为零。动态仿真实验验证了所提出的对角步态规划能够使四足机器人实现稳定的对角小跑的有效性。     

一种冗余机械臂的多运动障碍物避障算法

冗余机械臂的避障问题一直是工业机器人应用领域的研究热点之一;为了改进传统避障算法的不足,提出了一种多运动障碍物的避障算法;该算法利用各障碍物的运动状态得到与机械臂之间的最小预测距离,并将其利用雅可比转置矩阵转化为机械臂对应杆件上的躲避速度,再将躲避速度引入梯度投影法中求得机械臂的关节角速度,并通过积分得到避障运动中机械臂的关节角度值,在完成末端轨迹跟踪的同时实现冗余机械臂的实时避障;利用一款七自由度冗余机械臂对该算法进行了仿真验证,结果表明该算法能有效实现冗余机械臂对多运动障碍物的避障。     

基于梯度下降和二分法的移动机器人轨迹规划方法

轨迹规划是移动焊接机器人轨迹控制的基础,是该系统中重要的组成部分。为了提高多关节移动焊接机器人轨迹规划的效率和精确性,同时考虑到多关节焊接机器人的运动特性提出了一种梯度下降法和二分法结合的轨迹规划方法。移动焊接机器人由机械杆和机器人移动平台组成,由于移动平台提供移动性使得移动焊接机器人相对固定的机械臂有更大的工作空间。近年来,此类系统的研究已在经学术界和工业界迅猛发展。论文首先建立移动焊接机器人的运动学模型,并且阐述梯度下降法和二分法结合算法的设计步骤。然后,采用典型的正弦波形作为焊缝轨迹,通过仿真验证该方法的应用前景和可行性。