足球机器人腿部机构在受到零力矩点扰动的影响时,会出现步态失稳现象,为此提出基于行走振动抑制和最优控制律的足球机器人腿部机构设计与步态规划方法。根据足球机器人腿部各机构的运动位姿、速度等信息构建腿部机构动力学模型;依据动力学模型对腿部机构进行参数辨识,建立行走振动抑制及控制律模型、机器人腿部机构与步态协调对应的状态空间模型,采用跟踪误差和反馈调节方法实现最优控制律设计,完成足球机器人腿部机构与步态规划联合控制。仿真结果表明,采用该方法进行足球机器人腿部机构设计和步态规划稳定性较好,机器人步态跟踪的误差较小,误差跟踪自适应调节能力较强,鲁棒性较好。

为实现双足机器人步行运动,提出了一种双足机器人平地行走步态规划算法并对其进行动力学仿真验证。首先利用二维倒立摆模型以及五次多项式分别对机器人质心、踝关节运动轨迹进行规划,再通过建立机器人运动状态几何模型,对运动过程中机器人腿部关节运动轨迹进行规划,得到关节角运动轨迹,借助MATLAB仿真获取机器人下肢各个关节运动曲线。然后利用动力学仿真软件Adams对虚拟样机进行仿真,实现了机器人虚拟环境下的平地稳态行走,仿真验证了步态规划算法的可行性。

偏瘫患者由于大脑损伤导致一侧下肢运动障碍,无法自主进行日常行走,下肢穿戴式助行器可以辅助其获得行走的能力;但是,想要和普通人一样走出正常的步态,需要对下肢穿戴式助行器进行步态规划,步态规划是人机耦合行走并保持稳定性的基础和关键。首先,分析人体下肢各关节运动的情况,对下肢穿戴式助行器进行整体机构设计。其次,进行了步态规划,将助行器腿部各关节之间的部分看成均质刚性连杆,提取完整步行周期中各关节的9个特殊时间点,分析了各个时间点关节的坐标与角度;结合Matlab软件中的三次样条插值的方法,仿真出关节的运动轨迹。最后,对步态规划数据进行分析,得到重心投影点坐标,拟合出重心投影点的运动轨迹,并对该轨迹是否始终落在支撑区域进行了分析。结果证明,重心投影点始终处于支撑域内,这说明该步态规划符合稳定性要求。

针对四足机器人的直行和转弯运动,以爬行步态为基础,分别对其进行了步态规划。提出了协调旋转步态的概念并用于原地转弯中;找出直行步态与原地转弯步态的足端轨迹公共点,通过该点实现了步态的快速迁移并用于四足机器人的弯道转弯运动中;根据对四足机器人的结构设计,建立了四足机器人的虚拟样机;提出了一种新的评价准则——角度余量准则(SA准则),对规划的步态进行稳定性评价,从而找出最优步态。搭建实验平台进行了实验,结果显示,针对直行和转弯的步态规划合理、可行。

以人类的构造为原型,基于仿生学的角度,设计了一种下肢单腿7自由度的仿人机器人。通过三维光学动作捕捉系统采集人体正常行走时的运动位置坐标,分析数据,获取人体步态行走时的关节角度及下肢各关节力矩变化规律;建立了下肢7自由度运动学模型并进行逆运动学分析,求解出下肢各关节角度的变化情况,并根据步态规划求解出仿人机器人步行运动过程中下肢各关节转动角度;在UG环境中建立下肢7自由度的仿人机器人三维模型,并利用多体动力学软件Adams进行动力学仿真,结合步态运动规划求解出的角度变化情况对仿真参数进行设置,通过虚拟样机完成仿人机器人的步态行走,并将仿真数据和动作捕捉实验获取的数据结果进行对比。研究结果显示,仿人机器人能够实现稳定的步态行走,确认了整体建模思路、运动学分析以及动力学仿真的准确性。以实验结果...

为提高下肢外骨骼机器人上楼梯的稳定性,合理的步态规划与误差校正是至关重要的两个方面,为此,提出一种上楼梯过程中零力矩点(ZMP)的在线校正方法。首先,建立下肢上楼梯的运动模型,并进行运动学分析,利用5次B样条曲线进行下肢关节轨迹规划。其次,针对由穿戴过程中人不稳定扰动作用造成的实际与规划ZMP轨迹之间的较大误差,采用在线ZMP校正进行调节。最后,通过仿真和实际实验证明,这种在线校正能够明显减小机器人的ZMP误差,提高机器人ZMP的稳定裕度,保证下肢机器人系统的整体稳定性。

基于蜜蜂腿部结构及运动步态特点和仿生设计基本原理,设计了一种新型六足机器人机构,可实现不同运动步态下的前进、后退和转向,具有较高的步态稳定性和环境适应性。运用空间分解法构建了机器人单腿的运动学模型,利用消元法对模型进行求解,得到逆运动学的唯一解。通过数值求解获得了六足机器人足部末端的运动轨迹,验证了运动学模型的正确性。借鉴蜜蜂的运动步态特征,规划了六足机器人直行和转弯时的运动步态。该研究为六足机器人机构设计与步态规划提供了新的思路和理论参考。

采用自主研发的2种软体驱动器研制一种气动柔性管道机器人,并根据作业任务,规划两种运动步态,分别是快速移动步态和载荷作业步态;利用运动学实验平台进行机器人的运动实验,验证了步态的合理性与准确性。结果表明:应用规划的步态,机器人可在不同工况下、不同截面形状和直径的管道内爬行,高效稳定地完成作业任务;快速移动步态下机器人最大速度可达5.50 mm/s,载荷作业步态下机器人最大负载能力为10 N。

采用自主研发的气动多向弯曲柔性关节设计了一种仿生六足机器人。该机器人外形类似蜘蛛,利用腿部柔性关节在气压下的形变进行驱动。针对机器人腿部运动的特点,采用三角步态法,规划了机器人的行进和转弯步态,进行了仿真和实验。依据关节形变机理,建立了机器人运动学模型,确定了本体和足部位置关系,分析了机器人的步距、转角和整体速度,并通过实验加以验证。利用3D运动捕捉系统进行了机器人运动学实验,获得了机器人足部工作空间,分析了在不同气压、步频和负载条件下机器人的运动性能。实验结果表明,按照规划步态,通过气压控制系统协调腿部运动,机器人可实现前进、平移和转弯等功能。该机器人最大运动速度为100 mm/s,可负载能力为0.5 kg。

设计一种液压四足机器人仿生机构，通过设定相应的坐标系为机器人进行运动学建模，并对行走过程中单腿的相位关系进行了分析。针对行走过程中足端的拖地、滑动和接触冲击等问题，提出一种零冲击的足端轨迹规划改进算法，并实现了步态规划算法设计。步态规划根据步态中各腿间的相位关系，借助四足机器人运动学模型进行逆运动学解算，求出各腿的关节角度函数，利用机构的几何关系得到各液压缸伸缩量控制函数，对试验样机各腿进行伺服驱动控制，从而实现液压四足机器人的步态规划行走。仿真试验结果表明，在该策略驱动控制下液压四足机器人行走过程连续平稳，样机足端轨迹较为平滑，躯干起伏较小，证明了该足端轨迹规划方法用于四足机器人步态设计的合理性和有效性。