四足步行机器人结构设计文献综述_-_副本
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《具有串并混联结构腿的四足机器人设计》篇一一、引言随着科技的不断发展,四足机器人因其卓越的稳定性和灵活性,在复杂地形中的适应能力越来越受到关注。
本文旨在设计一款具有串并混联结构腿的四足机器人,以提高机器人的运动性能和适应性。
首先,我们将对四足机器人的研究背景和意义进行概述,然后详细介绍其设计原理、结构特点及优势。
二、四足机器人研究背景及意义四足机器人是一种模仿生物四足动物运动方式的机器人,具有较高的地形适应性。
其研究意义在于为军事侦察、环境探测、救援等复杂地形条件下的作业提供有效工具。
在近年来,随着串并混联机构技术的发展,具有串并混联结构腿的四足机器人在运动性能和稳定性方面表现出巨大的潜力。
三、设计原理本设计采用串并混联结构腿,即将串联机构与并联机构相结合,以实现机器人腿部的高效、灵活运动。
其中,串联机构负责腿部的大范围运动,并联机构则负责提高运动的精确性和稳定性。
此外,我们还采用先进的控制算法,实现机器人的实时控制和协调运动。
四、结构特点1. 腿部结构:本设计采用具有串并混联结构的腿部,包括大腿、小腿和足部。
大腿和小腿采用串联机构,实现大范围的运动;足部采用并联机构,提高运动的精确性和稳定性。
2. 驱动系统:采用电机驱动,实现腿部各关节的独立控制。
同时,配备传感器,实时监测机器人的运动状态和环境信息。
3. 控制系统:采用先进的控制算法,实现机器人的实时控制和协调运动。
通过上位机发送指令,控制机器人完成各种动作。
五、优势1. 运动性能:具有串并混联结构腿的四足机器人,能够在大范围运动和精确运动之间实现良好的平衡,提高机器人的运动性能。
2. 适应性:该设计使四足机器人在复杂地形条件下具有较高的适应性,能够完成各种复杂动作,如爬行、跳跃、奔跑等。
3. 稳定性:并联机构的使用提高了机器人的运动稳定性,减少了因地形变化导致的机器人姿态失衡问题。
4. 维护性:模块化设计使得机器人各部分易于维护和更换,降低了维护成本。
重庆理工大学毕业设计(论文)文献综述题目机器人行走机构设计二级学院重庆汽车学院专业机械设计制造及其自动化班级姓名学号指导教师系主任时间评阅老师签字:机器人行走机构吴俊摘要:行走机器人是机器人学中的一个重要分支。
行走机构可以是轮式的、履带式的和腿式的等,能适应地上、地下、水中、空中、宇宙等作业环境的各种移动机构。
本文从国内外的研究状况着手,介绍了行走机器人的发展历史,研究现状和发展趋势。
本文还介绍了国内最新的研究成果。
关键字:机器人行走机构发展现状应用Keyword:robot travelling mechanism developing current situation application一,前言行走机器人是机器人学中的一个重要分支。
关于行走机器人的研究涉及许多方面,首先,要考虑移动方式,可以是轮式的、履带式的和腿式的等;其次,必须考虑驱动器的控制,以使机器人达到期望的行为;第三,必须考虑导航或路径规划。
因此,行走机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统。
机器人的机械结构形式的选型和设计,应该根据实际需要进行。
在机器人机构方面,应当结合机器人在各个领域及各种场合的应用,开展丰富而富有创造性的工作。
对于行走机器人,研究能适应地上、地下、水中、空中、宇宙等作业环境的各种移动机构。
当前,对足式步行机器人、履带式和特种机器人研究较多,但大多数仍处于实验阶段,而轮式移动机器人由于其控制简单,运动稳定和能源利用率高等特点,正在向实用化迅速发展,从阿波罗登月计划中的月球车到美国最近推出的NASA 行星漫游计划中的六轮采样车,从西方各国正在加紧研制的战场巡逻机器人、侦察车到新近研制的管道清洗检测机器人,都有力地显示出行走机器人正在以其使用价值和广阔的应用前景而成为智能机器人发展的方向之一。
二、课题国内外现状多足步行机器人是一种具有冗余驱动、多支链、时变拓扑运动机构, 是模仿多足动物运动形式的特种机器人, 是一种足式移动机构。
四足机器人研究报告怎么写
写一份四足机器人研究报告需要包括以下部分:
1. 引言:介绍研究背景和目的,解释四足机器人的定义和重要性。
2. 文献综述:对四足机器人领域的相关研究进行综述,包括历史发展、现有技术和应用领域的概述。
3. 研究方法:描述所采用的研究方法和实验设计,包括硬件构建、传感器配置、控制算法和仿真模型等。
4. 实验结果:展示和分析实验结果,包括机器人行走稳定性、速度、负载能力等方面的性能评估。
5. 讨论与分析:对实验结果进行解读和分析,讨论机器人在不同环境和任务中的应用潜力,提出可能存在的问题和改进方向。
6. 结论:总结研究成果,强调研究的创新性和实用价值,并对未来研究方向提出建议。
7. 参考文献:列出研究过程中引用的文献和资料。
8. 附录:如有必要,可在报告末尾列出相关数据、图表和模型。
在写报告时,需要注意语言表达清晰简洁,逻辑条理,使用科学严谨的方法和数据支撑观点。
同时,应注重对相关文献的引
用,尊重他人的研究成果,并且注明数据来源和实验条件等必要的详细信息。
《具有串并混联结构腿的四足机器人设计》篇一一、引言随着科技的不断发展,四足机器人因其卓越的稳定性和灵活性,逐渐在众多领域展现出巨大的应用潜力。
为了进一步增强四足机器人的运动性能和适应能力,本文提出了一种具有串并混联结构腿的四足机器人设计。
该设计通过综合串联和并联结构的优势,旨在实现更高效、更灵活的移动方式。
二、四足机器人总体设计1. 机械结构本四足机器人采用模块化设计,主要由机身、四条腿以及控制系统等部分组成。
机身负责承载和控制核心部件,四条腿则采用串并混联结构,以实现更好的运动性能。
2. 串并混联结构腿的设计每条腿由串联结构和并联结构混合组成。
串联结构负责实现腿部的直线运动,而并联结构则提供额外的支撑和稳定性。
这种设计使得四足机器人在行走过程中能够更好地应对复杂地形。
三、串联部分设计串联部分主要由大腿、小腿和足部组成。
大腿和小腿采用轻质高强度的材料制成,以减轻整体重量并提高运动速度。
足部设计为可调节的形状,以适应不同地形。
四、并联部分设计并联部分主要起到支撑和稳定作用。
通过多个液压缸或电机驱动的连杆机构,实现腿部在不同方向上的微调,从而提高机器人的稳定性和灵活性。
此外,并联部分还可以帮助四足机器人在行走过程中更好地应对冲击和振动。
五、控制系统设计控制系统是四足机器人的核心部分,负责实现各种运动控制和协调。
采用高性能的微处理器和传感器,实现对机器人运动的实时监测和控制。
通过预设的算法和程序,使四足机器人能够自主完成各种复杂的运动任务。
六、仿真与实验验证为验证设计的可行性和性能,我们进行了仿真和实验验证。
通过在仿真环境中模拟四足机器人的运动过程,分析其运动性能和稳定性。
同时,在实验过程中对四足机器人进行实际测试,以验证其在不同地形和环境下的运动能力和适应性。
七、结论本文提出了一种具有串并混联结构腿的四足机器人设计,通过综合串联和并联结构的优势,实现了更高效、更灵活的移动方式。
经过仿真和实验验证,该设计在运动性能和稳定性方面表现出色,具有广泛的应用前景。
四足步行机器人结构设计分析1. 引言1.1 研究背景四足步行机器人是一种模拟动物四肢步行方式设计的机器人,在各种应用领域有着广泛的应用前景。
随着科技的不断发展,四足步行机器人的结构设计也愈发复杂和精密,因此对其结构设计进行深入研究具有重要意义。
四足步行机器人的研究背景主要包括以下几个方面:四足步行机器人具有在不平整地形环境下运动的能力,可以应用于野外探测、紧急救援等领域;四足步行机器人的结构设计是实现其高效稳定运动的基础,对于提高机器人整体性能至关重要;随着人工智能、机器学习等领域的不断进步,四足步行机器人的智能化和自主化水平也在不断提升,需要不断优化其结构设计。
深入研究四足步行机器人的结构设计对于推动机器人技术的发展、提高机器人的复杂环境适应能力具有重要意义。
通过对四足步行机器人结构设计的分析和研究,可以为未来机器人领域的发展提供更多的思路和方法。
1.2 研究目的1. 分析四足步行机器人结构设计的关键部件,探讨它们在机器人性能中的作用和重要性。
2. 总结四足步行机器人的结构设计原则,包括机械传动系统、传感器系统、智能控制系统等方面的设计要点。
3. 探讨四足步行机器人的结构设计方法,比如模块化设计、优化设计等方法,以提高机器人的稳定性和效率。
4. 通过案例分析不同类型的四足步行机器人,分析其结构设计的优劣之处,提出改进和优化的建议,以及对未来技术发展的展望。
通过对四足步行机器人结构设计的深入研究,希望能够为未来机器人设计和制造提供有益的借鉴和参考,推动机器人技术的进步与发展。
1.3 研究意义四足步行机器人是一种模仿动物四肢运动方式的机器人,具有优良的稳定性和适应性。
其在军事侦察、紧急救援、工业生产等领域具有广阔的应用前景。
四足步行机器人的研究不仅可以提高机器人的运动效率和灵活性,还可以深入挖掘动物运动机制,为生物学研究提供新的思路。
四足步行机器人的研究意义主要体现在以下几个方面:1. 提高工作效率:四足步行机器人具有灵活的运动方式和稳定的机械结构,可以适应不同地形和环境,提高工作效率和生产效益。
本科生毕业设计(论文)文献综述设计(论文)题目步行机器人运动学分析作者所在系别机械工程系作者所在专业机械设计制造及其自动化作者所在班级B08111作者姓名郭建龙作者学号20084011132指导教师姓名韩书葵指导教师职称副教授完成时间2012 年 2 月北华航天工业学院教务处制说明1.根据学校《毕业设计(论文)工作暂行规定》,学生必须撰写毕业设计(论文)文献综述。
文献综述作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。
2.文献综述应在指导教师指导下,由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成,由指导教师签署意见并经所在专业教研室审查。
3.文献综述各项内容要实事求是,文字表达要明确、严谨,语言通顺,外来语要同时用原文和中文表达。
第一次出现缩写词,须注出全称。
4.学生撰写文献综述,阅读的主要参考文献应在10篇以上(土建类专业文献篇数可酌减),其中外文资料应占一定比例。
本学科的基础和专业课教材一般不应列为参考资料。
5.文献综述的撰写格式按毕业设计(论文)撰写规范的要求,字数在2000字左右。
文献综述应与开题报告同时提交毕业设计(论文)文献综述Quadruped walking robotAbstract:The composition of the various parts of the walking robot is givena four-legged walking robot for complex terrain structure,analysis of the gait of the robot,given way to judge the stability of the robot in this form of gait.DH transform the kinematics of the robot forms of expression.The use of software for the simulation of the walking robot kinematics,robot joint exercise in the form in this form of gait,and laid the foundation for future robot control.Keywords: r obot kinematic analysis gait stability1 MDTWR双三足步行机器人图2 微型六足仿生机器人年哈尔滨工程大学的孟庆鑫、袁鹏等进行了两栖仿生机器蟹的研究,从两栖仿生机器蟹的方案设计到控制框架构建,研究了多足步行机的单足周期运动规律,合于两栖仿生机器蟹的单足运动路线规划方法,并从仿生学角度研究了周期性节律性图3 AMBLER 图4 DANTE-II美国罗克威尔公司在DARPA资助下,研制自主水下步行机所示。
四足步行机器人文献综述移动机器人按移动方式大体分为两大类;一是由现代车辆技术延伸进展成轮式移动机器人(包括履带式);二是基于仿生技术的运动仿生气器人。
运动仿生气器人按移动方式分为足式移动、蠕动、蛇行、游动及扑翼飞行等形式,其中足式机器人是研究最多的一类运动仿生气器人。
自然环境中有约50%的地势,轮式或履带式车辆到达不了,而这些地点如森林,草地湿地,山林地等地域中拥有庞大的资源,要探测和利用且要尽可能少的破坏环境,足式机器人以其固有的移动优势成为野外探测工作的首选,另外,如海底和极地的科学考察和探究,足式机器人也具有明显的优势,因而足式机器人的研究得到世界各国的广泛重视。
现研制成功的足式机器人有1足,2足,4足,6足,8足等系列,大于8足的研究专门少。
曾长期作为人类要紧交通工具的马,牛,驴,骆驼等四足动物因其优越的野外行走能力和负载能力自然是人们研究足式机器人的重点仿生对象。
因而四足机器人在足式机器人中占有专门大的比例。
长期从事足式机器人研究的日本东京工业大学的広濑茂男等学者认为:从稳固性和操纵难易程度及制造成本等方面综合考虑,四足机是最佳的足式机器人形式[1],四足机器人的研究深具社会意义和有用价值。
四足机器人的研究可分为早期探究和现代自主机器人研究两个时期。
中国古代的“木牛流马”以及国外十九世纪由Rygg 设计的“机械马”,是人类对足式行走行机器的早期探究。
而Muybridge 在1899 年用连续摄影的方法研究动物的行走步态,则是人们研究足式机器人的开端。
20世纪60年代,机器人进入了以机械和液压操纵实现运动的进展时期。
美国学者Shigley(1960)和Baldwin(1966)都使用凸轮连杆机构设计了机动的步行车[2]。
这一时期的研究成果最具代表性的是美国的Mosher于19 68 年设计的四足车“Walking Truck”[3](图1)。
80年代,随着运算机技术和机器人操纵技术的广泛研究和应用,真正进入了具有自主行为的现代足式机器人的广泛研究时期。
《具有串并混联结构腿的四足机器人设计》篇一一、引言四足机器人是当前机器人技术研究的热点之一,具有较高的稳定性和良好的适应性,因此在工业、军事、救援等多个领域都有着广泛的应用前景。
随着科技的不断进步,机器人腿部的结构设计也在不断地进行创新和改进。
本文旨在探讨一种具有串并混联结构腿的四足机器人设计,以提高机器人的运动性能和适应性。
二、四足机器人设计概述四足机器人是一种基于仿生学的机器人,其设计灵感来源于自然界中的四足动物。
在四足机器人的设计中,腿部结构是关键部分之一。
传统的四足机器人腿部结构多采用串联或并联结构,但这些结构在运动过程中存在一些局限性,如运动范围小、稳定性差等问题。
因此,本文提出了一种具有串并混联结构腿的四足机器人设计。
三、串并混联结构腿的设计1. 结构设计本设计的腿部结构采用串并混联结构,即在串联结构的基础上增加了并联结构的支撑。
该结构可以使机器人在行走过程中更加稳定,同时也扩大了机器人的运动范围。
具体来说,该结构由大腿、小腿和脚掌等部分组成,各部分之间通过关节相连。
大腿和小腿之间采用串联结构,而小腿和脚掌之间则采用并联结构,通过弹簧等弹性元件提供支撑和缓冲。
2. 运动学分析串并混联结构腿的运动学分析是设计的关键之一。
通过对机器人腿部各关节的角度、速度和加速度等参数进行分析,可以确定机器人的运动轨迹和运动性能。
在本设计中,我们采用了逆运动学分析方法,通过给定机器人的目标位置和姿态,计算出各关节的角度和力矩等参数,从而实现机器人的精确控制。
四、控制系统设计控制系统是四足机器人的核心部分,它负责机器人的运动控制和协调。
在本设计中,我们采用了基于微处理器的控制系统,通过传感器和执行器等设备实现机器人的实时控制和监测。
具体来说,控制系统包括以下几个部分:1. 传感器:用于检测机器人的位置、姿态、速度等信息,以及环境信息等。
2. 执行器:用于控制机器人的运动和姿态,包括电机、液压缸等设备。
3. 微处理器:负责处理传感器信号,控制执行器的运动,实现机器人的控制和协调。
四足步行机器人结构设计分析四足步行机器人是一种具有良好稳定性和适应性的移动机器人,常见于野外探索、救援和军事应用等领域。
其结构设计是机器人设计中的关键一环,下面将对四足步行机器人的结构设计进行分析。
四足步行机器人的结构可以分为机身、四肢、关节和控制系统四个部分。
机身是机器人的主体,支撑着所有机器人的元件和装置,同时起到保护和支撑机器人关节的作用。
四肢是机器人的主要运动器官,负责机器人的行走、攀爬和跳跃等动作。
关节是肢体与机身连接的部分,起到链接和转动的作用。
控制系统则是机器人的大脑,负责机器人的行动和决策。
机身部分的设计需要兼顾机器人的稳定性和机动性。
机身的设计应当使机器人具有足够的重量和稳定性,同时保证机器人的机动性。
一般而言,机身部分通常采用金属或碳纤维等材料制成,具有良好的韧性和硬度,同时也可以考虑使用模块化结构设计,使得机器人可以更快速地根据任务需求完成拼装和拆解。
四肢部分的设计需要考虑地形适应性、运动灵活性和负载能力等因素。
我们可以根据机器人的应用场景选择合适的足形,例如在野外环境中可以选择采用爪状的足形来根据地形侵入不同的土质。
此外,在四肢的设计上还应当考虑机器人的运动灵活性和负载能力,这将直接影响机器人的行动能力。
因此,在四肢部分的设计上,可以考虑采用弹性材料(如橡胶)制成的脚垫来提高机器人的防滑性和抗震性。
关节部分的设计是四足步行机器人中最复杂的一环。
关节的设计需要考虑到关节的自由度和稳定性,同时也要保证关节的扭矩和正逆向电流与控制系统相协调。
在关节的设计上,可以采用电机驱动和摩擦盘控制等方法,使得机器人的步态更具有连贯性和流畅性,同时还可以提高机器人的运动精度。
控制系统是四足步行机器人的核心,负责决策、感知、规划和执行机器人的行动。
控制系统可以分为硬件和软件两个部分。
硬件部分包括感知器、执行器、空间定位和通信模块等,其作用是为软件提供各种传感器数据和实现机器人的运动。
而软件部分则包括机器人的行为规划、路径规划、姿态控制、运动控制、仿真分析等,其作用是为机器人提供决策和运动方案。
四足机器人运动及稳定控制关键技术综述目录一、内容概览 (2)1. 四足机器人概述 (3)2. 研究背景与意义 (4)3. 研究现状和发展趋势 (5)二、四足机器人运动原理及结构 (7)1. 四足机器人运动原理 (8)1.1 动力学模型建立 (9)1.2 运动规划与控制策略 (10)2. 四足机器人结构组成 (11)2.1 主体结构 (13)2.2 关节与驱动系统 (14)2.3 感知与控制系统 (17)三、四足机器人运动控制关键技术 (19)1. 运动规划算法研究 (20)1.1 基于模型预测控制的运动规划算法 (21)1.2 基于优化算法的运动规划策略 (22)2. 稳定性控制策略研究 (23)2.1 静态稳定性控制策略 (25)2.2 动态稳定性控制策略 (26)3. 路径规划与轨迹跟踪控制技术研究 (27)3.1 路径规划算法研究 (28)3.2 轨迹跟踪控制策略设计 (29)四、四足机器人稳定控制实现方法 (31)1. 基于传感器反馈的稳定控制方法 (32)1.1 传感器类型与布局设计 (34)1.2 传感器数据采集与处理技术研究 (35)2. 基于优化算法的稳定控制方法应用探讨 (37)一、内容概览四足机器人运动机制:阐述四足机器人的基本运动模式,包括行走、奔跑、跳跃等,以及不同运动模式之间的转换机制。
稳定性分析:探讨四足机器人在运动过程中的稳定性问题,包括静态稳定性和动态稳定性,以及影响稳定性的因素。
运动控制关键技术:详细介绍四足机器人运动控制的关键技术,包括运动规划、轨迹跟踪、力控制等,以及这些技术在实现机器人稳定运动中的应用。
传感器与感知技术:介绍四足机器人运动及稳定控制中涉及的传感器与感知技术,包括惯性测量单元(IMU)、激光雷达、视觉传感器等,以及这些技术在机器人运动控制中的作用。
控制算法与策略:探讨四足机器人运动及稳定控制中常用的控制算法与策略,包括基于模型的控制、智能控制方法等,以及这些算法在实际应用中的效果。
四足步行机器人结构设计文献综述()摘要:对国内、外四足步行机器人的研究发展现状进行了综述,对四足步行机器人亟需解决的问题进行了论述,并对未来可能的研究发展方向进行了展望。
关键字:四足步行机器人;研究现状;展望1、引言四足步行机器人是机器人家族的一个重要分支,其不仅承载能力强,而且容易适应不平的地形。
它既能使用静态稳定的步态缓慢平滑地行走,又能以动态稳定的步态跑动。
与轮式、履带式移动机器人相比,在崎岖不平的路面,步行机器人具有独特优越性能,在这种背景下,步行机器人的研究蓬勃发展起来。
而仿生四足步行机器人的出现更加显示出步行机器人的优势:(1)四足步行机器人的运动轨迹是一系列离散的足印,运动时只需要离散的点接触地面,对环境的破环程度也较小,可以在可能到达的地面上选择最优的支撑点,对崎岖的地形的适应性强。
(2)四足步行机器人的腿部具有多个自由度,使运动的灵活性大大增强。
它可以通过调节腿的长度保持身体水平,也可以通过调节腿的伸展程度调整重心位置,因此不易翻到,稳定性更高。
(3)四足步行机器人身体与地面是分离的,这种机械结构的优点在于:运动系统还具有主动隔振能力即允许机身运动轨迹和足运动轨迹解耦,机器人的身体可以平稳的运动而不必考虑地面的粗糙度和腿的放置位置。
(4)机器人在不平地面和松软路面上的运动速度较快,能耗较低。
2、国内外的发展现状20世纪60年代,四足步行机器人的研究工作开始起步。
随着计算机技术和机器人控制技术的研究和应用,到了20世纪80年代,现代四足步行机器人的研制工作进入了广泛开展的阶段。
世界上第一台真正意义的四足步行机器人是有Frank和McGhee于1977年制作的。
该机器具有良好的步态运动稳定性,但缺点是,该机器人的关节是由逻辑电路组成的状态机控制的,因此机器人的行为受到限制,只能呈现固定运动形式。
20世纪80,90年代最具代表性的四足步行机器人是日本Shigeo Hirose实验室研制的TITAN系列。
1981~1984年Hirose教授研制成功脚步装有传感和信号处理系统的TITAN-III。
它的脚底步由形状记忆合金组成,可自动检测与地面接触的状态。
姿态传感器和姿态控制系统根据传感信息做出的控制决策,实现在不平整地面的自适应步行。
TITAN-VI机器人采用新型的直动性腿机构,避免了上楼梯过程中两腿的干涉,并采用两级变速驱动机构,对腿的支撑相和摆动相分别进行驱动。
2000-2003年,日本电气通信大学的木村浩等人研制成功了具有宠物狗外形的机器人Tekken-IV,如图1所示。
它的每个关节安装了一个光电码盘,陀螺仪,倾角计和触觉传感器。
系统控制是由基于CPG的控制器通过反射机制来完成的。
Tekken-IV能够实线不规则地面的自适应动态步行,显示了生物激励控制对未知的不规则地面有自适应能力的优点。
它的另一特点是利用了激光和CCD摄像机导航,可以辨别和避让前方存在的障碍,能够在封闭回廊中实现无碰撞快速行走。
目前最具代表性的四组步行机器人是美国Boston dynamics实验室研制的BigDog,如图2所示。
它能以不同的步态在恶劣的地形上攀爬,可以负载高达52KG的重量,爬升可达35°的斜坡。
其腿关节类似动物腿关节,安装有吸收震动部件和能量循环部件。
同时,腿部连有很多传感器,其运动通过伺服电机控制。
该机器人机动性和反应能力都很强,平衡能力极佳。
但由于汽油发电机需携带油箱,故工作时受环境影响大,可靠性差。
另外,当机器人行走时引擎会发出怪异的噪音。
国内四足机器人研制工作从20世纪80年代起步,取得一定成果的有上海交通大学、清华大学、哈尔滨工业大学等。
上海交通大学机器人研究所于1991年开展了JTUWM系列四足步行机器人的研究。
1996年该研究所研制成功了JTUWM-III,如图3所示。
该机器人采用开式链腿机构,每个腿有3个自由度,具有结构简单,外形轻巧,体积小,质量轻等特点。
它采用力和位置混合控制,脚底装有PVDF测力传感器,利用人工神经网络和模糊算法相结合,实线了对角动态行走。
但行走速度极慢,极限步速仅为1.7KM/h,另外其负重能力有限,故在实际作业时实用性较差。
清华大学所研制的一款四足步行机器人,它采用开环关节连杆机构作为步进机构,通过模拟动物的运动机理,实现比较稳定的节律运动,可以自主应付复杂的地形条件,完成上下坡行走,越障等功能。
不足之处是腿运动时的协调控制比较复杂,而且承载能力较小。
3、国内外的关键技术分析(1)机械本体研究四足步行机器人是机电一体化系统,涉及到机构、步态、控制等,而机械机构是整个系统的基础。
在机械本体的设计中腿部机构设计是关键。
目前,研制的四足步行机器人的腿部机构形式主要有缩放型机构、四连杆机构、并联机构、平行杆机构、多关节串联机构和缓冲型虚拟弹簧腿机构。
其中,并联机构可以实现多方位运动,且负载能力强,所以具有较好的应用前景,但控制系统较为复杂。
另外,含有弹性元件的缓冲型虚拟弹簧腿机构,利用弹性元件把刚性连接变为柔性连接,减缓机器人在动态行走时的冲击以及由此产生的振动,因此该机构应用越来越广泛。
(2)步态研究步行机器人几种典型步态有:爬行、对角小跑、溜蹄、跳跃、定点旋转、转向等。
在文献[7]中,提出了爬步态的理论,并证明了该步态具有最大的静稳定性。
对角小跑步态属于动态稳定步态,能够提高运动速度。
跳跃式步态较其它步态在前进的效率上具有明显的优势,但是由于受到腿机构的摆动惯性力和关节处大冲击力的影响,因此需要较大的瞬时驱动力。
另外,跳跃持续的时间是短暂的,为了保证机器人实时可控,必然需要在极短的时间内采集多种信号,这对目前的驱动元件和传感器都提出了极高的要求。
目前所研究的各种步态中,跳跃步态的研究是最具挑战性的难点问题。
(3)控制技术研究复杂四足步行机器人的控制系统是非线性的多输入和多输出不稳定系统,具有时变性和间歇动态性。
目前四足机器人的步行运动大多数是基于步态的几何位置轨迹规划、关节位置控制的规划和控制策略。
而对机器人进行单纯的几何位置规划与控制,则会由于惯性、脚力失衡等因素而导致机器人失稳。
解决这个问题的关键就是突破单一的位置规划与控制策略,实施机器人力、位置混合控制。
在步态生成和控制方面,有理论突破意义的是基于生物中枢模式发生器(CPG)原理的运动控制方法。
(4)驱动能源研究在线提供能源受到空间的限制,而蓄电池组受体积和重量的限制,因此寻求提供持续可靠的离线自带电源就成了必须。
随着新型电池的研发,新型太阳能电池、燃料电池、锂电池等成为较为理想的能量供给来源。
另外,通过微波对微型机器人提供能量和控制信号也是一种较为可观的方法。
4、存在的问题从20世纪60年代至今研究者们对四足步行机器人关键技术的分析做了大量的工作,在一些基础理论问题上取得了一定的突破,使四足步行机器人的技术水平不断得到提高。
但在四足步行机器人发展过程中仍有一些亟需解决的问题:(1)步行机器人的结构仿生设计问题;(2)在不平地面移动的速度、稳定性问题;(3)四足步行机器人的步态规划问题;(4)步行机器人仿生控制方面的问题;(5)有些步行机器人的体积和质量都很大问题;(6)多数步行机器人研究平台的承载力不强问题;5、展望随着对四足步行机器人的研究的日益深入和发展,四足步行机器人在速度、稳定性、机动性和对地面的适应能力等方面的性能都将不断提高,自主化和智能化也将逐步的实现,从而使其能够在更多特殊环境和场合中使用,因此具有广阔的应用前景。
纵览当前四足机器人的发展,四足步行机器人有以下几个值得关注的趋势:(1)实现腿机构的高能,高效性;(2)轮,足运动相结合;(3)步行机器人微型化;(4)增强四足步行机器人的负载能力;(5)机器人仿生的进一步深化;6、总结尽管四足步行机器人技术有了很大的发展,足式机器人的研究平台有很多,但制约四足机器人技术进一步发展的基础理论问题并没有得到根本的解决,其中,许多样机还达不到生物简单运动的速度和稳定性。
正如著名机器人学家Geles教授所言:“步行机器人的理论研究步伐要远远落后于其技术开发的步伐”。
现有的四足机器人的基础技术研究尚不够成熟和完善,足式机器人的关键技术还有待于进一步大力开发。
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