四足机器人

摘要： 针对四足机器人在变刚度地面环境下动态行进时易出现姿态不稳定的问题,本文提出了一种机器人腿部主动变刚度实时调节策略,该策略根据机器人着地后的机身和腿部的运动状态实时估计出着地腿和地面的耦合刚度,并将前后腿与地面耦合刚度的差值补偿到相应的着地腿上.该策略能够使机器人着地后迅速适应不同刚度特性的地面,特别是地面刚度相差较大的情况.通过搭建Simulink-SimMechanics仿真平台,对角腿在同一刚度地面和变刚度地面两种不同的着地环境,对仅利用常规姿态反馈控制、腿部主动变刚度调节策略与常规姿态反馈控制联合方式进行了对比实验.结果表明,通过腿部主动变刚度调节策略的作用,四足机器人在软硬地面过渡时实现对机身俯仰角和滚转角的补偿修正,调控效果优于单独通过常规姿态反馈控制.

摘要： 动力学分析是机器人评估运动性能以及实施运动控制的关键,由于四足爬壁机器人的多运动链结构和闭链约束,运动学分析较为困难。为此,本文提出以虚功原理求解四足磁吸附爬壁机器人的稳定性与动力学。求解动力学方程,利用优化理论设计驱动力二次规划方法,通过最小功率原则计算关节驱动力,并验证其合理性。设计仿真实验,通过PID控制,采用Matlab与ADAMS联合仿真。仿真结果表明:该控制方案具有较高的跟踪性能和控制精度,负载在350 N及以下时,机器人不会发生滑移,并验证了冗余驱动下驱动力求解的正确性。

摘要： 针对四足机器人在行走过程中,因摆动相与支撑相之间相互切换造成的足端与地面冲击、振动的问题,提出了一种基于改进型等速运动与叠加摆线运动复合的轨迹规划方法。首先对摆动相的足端在水平方向和竖直方向进行运动规律规划;然后,运用复合运动的方法规划足端轨迹在直角坐标空间中的运动轨迹方程,从而获得足端在直角坐标空间中的位置、速度、加速度等信息;最后,在Simulink中建立四足机器人的动态仿真模型,以四足机器人的Trot步态为例,仿真分析所提出的轨迹规划方法在笛卡尔直角坐标空间和关节坐标空间中的运动特性。仿真分析结果表明,基于改进型等速运动规律与叠加摆线运动规律复合的轨迹规划方法得到的轨迹曲线平滑连续,与复合摆线运动规律相比,在水平方向和竖直方向上都能较长时间保持匀速,整体运动平稳,此足端轨迹规划方法较理想。

摘要： 为解决四足机器人在其质心偏离躯干几何中心时的稳定性问题,提出了一种基于改进粒子群算法的优化方法。使用基于Hopf模型的振荡器搭建中枢模式发生器(central pattern generator,CPG)网络拓扑结构,通过对足端进行轨迹规划进而确定CPG模型相关参数,并对CPG单元间的耦合系数矩阵进行优化,使其能够输出正确的步态信号;之后采用自适应调整权重粒子群算法,通过不断迭代快速寻找输出模型的最优参数组合,解决由于重心偏移带来的稳定性问题。利用Webots和MATLAB对所提出的优化方法进行仿真实验,仿真结果证明该方法能够快速、有效地提高四足机器人在重心偏移情况下的运动稳定性。

摘要： 四足机器人对于复杂地形有良好适应性,比轮式机器人、履带式机器人有更强的探索能力,具有很高的实用价值。在四足机器人研究的各个阶段和不同方向,光学动作捕捉系统作为一种测量设备被广泛使用。简要介绍四足机器人的关键技术,并说明了光学动作捕捉系统在各研究中的应用。

摘要： 为实现四足机器人在复杂的地形环境、有限的能量供应和不可预知的干扰下运动稳定,提高四足机器人穿越复杂地形的能力,采用了粒子群优化算法对经典步行步态参数进行优化,提出了一种易于实现、能适应不同地形的探索性步态.所提出的探索步态不需要立体视觉或激光雷达所感测到的任何地形信息,机器人通过IMU传感器和足端力传感器接触地面来感知地形.针对提出的优化方法和步态策略进行了仿真和实验,验证了所提出的探索性步态在穿越不平坦地形时的运动能力.

摘要： 随着机器人和人工智能技术的快速发展,行业对智能机器人的需求提高,提升机器人智能化水平是急需解决的问题。四足机器人作为具有代表性的腿足式机器人之一,因其友好的外形和结构优势,广受研究人员喜爱。首先介绍了目前国内外具有代表性的研究团队开发出的几款较为先进的四足机器人平台。然后介绍了一些研究人员使用深度强化学习方法训练四足机器人进行自主学习运动的工作。并分析了更适合进行基于深度强化学习方法训练四足机器人控制策略的仿真平台及环境,总结目前由仿真环境到四足机器人实体平台存在的难点及减小仿真到现实之间差距的思路。最后,对具有学习能力的四足机器人的应用场景进行展望,并介绍了未来研究工作的思路。

摘要： 为了解决四足机器人在对角小跑步态中存在的绕对角线翻转而导致在直线行走时出现偏航问题,在理论分析偏航现象的基础上提出一种姿态控制方法。首先建立四足机器人整体运动模型,通过数值分析和计算,得到偏航产生的根本原因:一是机体由于重力影响,会产生绕支撑对角线的翻转力矩;二是处于支撑相时,髋关节产生的反作用力矩,导致步态时序会提前或延后,引起绕机体对角线翻转。然后在此基础上,建立姿态控制模型,通过传感器测得偏航值,反方向补偿其偏航。最后进行动力学仿真实验,发现机器人在不加姿态控制的情况下,出现较大偏航值,而在应用姿态控制之后,偏航值得到了明显改善,仿真实验对比证明了该姿态控制方法有效地解决偏航问题。

摘要： 阐述基于仿脊髓网络的侧步转弯控制策略,根据方向角的反馈,调整髋关节的侧向运动,实现机器人的侧步转弯控制,利用Simulink和Webots联合仿真平台对四足机器人的侧步转弯控制进行仿真。

摘要： 运动稳定性是机器人研究领域的重点,围绕四足机器人的运动稳定性展开设计研究。首先从仿生学角度出发,根据马腿部的一些特点在SolidWorks中设计四足机器人整机三维结构,使用SolidWorks Simulation的静应力分析部分中的设计洞察模块对所设计的腿部结构进行结构优化;然后,通过ANSYS对四足机器人的腿部结构进行有限元分析,详细了解腿部的受力情况,验证所设计的腿部结构满足受力要求;最后,采用D-H法对四足机器人正、逆运动学分析求解,利用MATLAB计算出足端运动空间,并在ADAMS中进行运动学仿真。仿真结果表明:通过分析机身质心在位移和速度上的变化特点,以及髋关节和膝关节在驱动力矩和关节转角上的变化特点,证明此设计的四足机器人满足运动稳定性的要求,为后期四足机器人物理样机的稳定性实验提供了理论依据。

摘要： 目前大多数四足机器人的躯体都是刚性的.但是在高速奔跑中,猎豹的躯体存在着剧烈的蜷曲与伸展运动.随着四足机器人的研究重点转向高速奔跑运动,含脊柱关节四足机器人逐渐受到越来越多机器人研究者的关注.对于含脊柱关节四足机器人,大部分研究重点集中于稳定的控制算法,对于运动的基本性能研究的较少.而深入了解含脊柱关节四足机器人的运动性能对其结构设计和控制算法都有十分重要的意义.所以,有必要从动力学角度深入地分析含脊柱关节四足机器人的运动性能和脊柱运动对系统运动性能的影响.

摘要： 高动态适应性是高性能四足机器人的重要指标之一,但目前四足机器人还不具备比拟于四足动物高灵活性和高动态适应性的能力.自然界的动物具有非结构环境下高效、灵活的调整自身行为实现再平衡的能力.这种能力的体现,足力的再分配是实现其再平衡的关键因素.项目通过人为改变动物对角运动的平衡状态,研究动物在平衡调节过程中力的再分配情况和行为变化,为四足机器人的平衡及抗侧向扰动控制方法研究提供参考.

摘要： 本文以四足机器人单腿液压驱动系统为研究对象,依据各关节液压驱动单元的结构原理,采用机理建模的方法,建立其对称阀控非对称缸数学模型,该模型包含了伺服阀的压力-流量非线性环节、伺服缸两腔容积变化等因素.建立液压驱动单元位置控制系统非线性传递框图,并利用MATLAB/Simulink平台建立其仿真模型.依据单腿实际机械结构参数,采用运动学求解与仿真分析相结合的方法,研究单腿液压驱动系统位置控制特性与单腿足端轨迹变化的关系,并在某对角小跑工况下分析单腿足端位移跟踪精度.研究结果表明:本文所建立的液压驱动系统非线性数学模型可以用于单腿位置控制性能的分析,该研究工作为四足机器人单腿液压驱动系统的后续控制方法研究提供了前期基础.

摘要： 对BigDog四足机器人运动控制系统的核心技术进行分析,适应复杂地形是BigDog机器人的设计主线.机身和肢体的检测是基本组成,运动控制地形估测可获取当前落足点的地形信息,三者合一可构建虚拟模型.各种运动学和动力学规划方法对控制输出实施规划,规划模型与样机模型的偏差作为反馈值实施闭环控制.

摘要： 为实现四足机器人的稳定运动,基于四足机器人对角步态的几何模型,建立余弦振荡器,生成节律运动的上层架构以及上、下层之间的关节映射,得到完整的步态生成策略,并建立四种关节配置形式的机器人虚拟样机模型,进行运动学和动力学仿真.仿真结果表明,基于余弦振荡器的步态生成方法能够满足各种关节配置形式的机器人步态要求,验证了步态生成方法的正确性和普遍适用性,且根据机体波动率的比较,确定前肘后膝式具有更好的稳定性.

摘要： 基于中枢模式发生器的运动控制器不需要对机器人及环境进行精确的运动学和动力学建模,既能够以简单的开环控制实现机器人行走,也能够通过生物反射等反馈形式对机器人进行闭环控制.但是,中枢模式发生器的参数之间存在强耦合性,很难通过参数整定得到理想的输出信号.四足机器人采用中枢模式发生器作为其运动控制器时实现步态变换困难以及存在后腿拖地问题.本文在中枢模式发生器的基础上提出一种适用于四足机器人行走的运动控制器.该控制器既很好地解决了存在于中枢模式发生器中的相位固定、非零点起步等问题,也有效地解决了后腿拖地问题并方便实现了从慢走步态到对角小跑步态的转换.通过仿真研究及在实际四足机器人上进行实验表明本文提出的运动控制器不仅在步态产生及步态变换方面比中枢模式发生器更有优势,也为步态控制的深入研究提供了新的思路.

摘要： 为在传统四足机器人节律性行走的基础上引入离散运动，研究了基于运动基元原理的离散运动和节律运动模型。利用该混合运动基元模型构建了单位中枢模式发生器(Unit Central Pattern Generator UCPG)，并基于此UCPG组建四足机器人的CPG运动控制网络。通过在自主搭建的四足机器人平台上进行的实验，验证了基于混合运动基元构建的CPG控制模型对于产生离散和节律运动是有效性。

摘要： 对一种新型的四足变结构机器人进行了运动学分析。首先建模分析了单条腿的运动速度；然后综合考虑机器人车身本体的运动和变形以及四条腿的运动状态，对机器人整体进行了运动学分析，提出并建立了机器人的全局速度方程；最后将全局速度方程应用到机器人的速度分解控制中，使该控制方法的应用领域从串联机器人扩展到多足移动(串并混联)机器人，并以变结构四足机器人的车身原地收缩运动为例，验证了这种方法的可行性。

摘要： 本文研究了四足仿生机器人本体运动状态估计方法,提出了一种基于运动学模型的四足仿生机器人的速度估计方法.首先分析了机器人的机械结构和运动机理并建立足式机器人运动学模型,然后提出了基于单足运动学模型的速度估计方法和多足融合的速度估计方法.将算法的理论计算结果与动力学仿真环境的仿真结果进行了对比,同时在高性能液压驱动四足仿生机器人平台上进行了实验,结果表明,提出的速度估计方法是有效的.

摘要： 本文研究了四足仿生机器人本体运动状态估计方法,提出了一种基于运动学模型的四足仿生机器人的速度估计方法.首先分析了机器人的机械结构和运动机理并建立足式机器人运动学模型,然后提出了基于单足运动学模型的速度估计方法和多足融合的速度估计方法.将算法的理论计算结果与动力学仿真环境的仿真结果进行了对比,同时在高性能液压驱动四足仿生机器人平台上进行了实验,结果表明,提出的速度估计方法是有效的.

摘要： 本发明公开了四舵机双足机器人及四舵机双足机器人姿态模拟的方法，包括主机外壳和安装于主机外壳下端的两个脚，脚均由腿部和足部组成，腿部和足部中均设有一舵机舱，左侧的腿部和足部的舵机舱中分别安装第一、第二舵机，右侧的腿部和足部的舵机舱中分别安装第三、第四舵机，第一舵机设置于第二舵机上端，第三舵机设置于第四舵机上端。本发明结构简单，此项专利在进行机器人设计之前，就可以用以进行动作的虚拟计算模拟，从而不用等到真正的模具制作出来以后再进行验证，缩短了时间，降低了成本，增加了稳定性，能避免了各部件的卡住及机器人的摔倒。

摘要： 本发明涉及四足机器人自主充电方法及自主充电四足机器人，包括步骤一、定位建图：机器人在陌生环境中通过其前置深度相机捕获周边环境的特点来实现定位，并从充电桩出发在环境中游走的过程中建立相应的稀疏地图；步骤二、当机器人处于电量不足状态时，机器人开始以充电桩为目的进行路径规划；步骤三、当机器人进入充电桩所在的区域后，机器人开启充电桩检测算法，得到充电桩在真实世界中的坐标位置；步骤四、当充电桩暴露在机器人的腹部相机视野中时，开启四足机器人充电桩精定位算法，获得充电桩在真实世界中的坐标。利用本发明，机器人可以实现精确定位和充电，实现充电的自主化和智能化，继而实现移动机器人长期全自主的独立运行。

摘要： 本申请公开了一种四足机器人通用的限位机构及四足机器人，属于四足机器人领域，以解决相关技术中四足机器人髋关节限位零件不具通用性的问题。所述四足机器人包括身体和四个依次联接的侧摆关节、髋关节、膝关节、大腿和小腿，所述髋关节和所述膝关节通过所述限位机构联接，所述限位机构包括髋限位联接件和膝限位联接件，所述髋限位联接件和膝限位联接件具有旋转限位的机构，并且均为镜像对称的设计，可以通过不同的装配方式安装在髋关节与膝关节上，为四条不同位置的髋关节和膝关节实现相同的活动范围的技术效果。

摘要： 本实用新型公开了一种机身及四足机器人。该四足机器人的机身包括机身壳体、转接电路板、主电路板及电池包组件，所述机身壳体内形成有安装腔，所述机身壳体的底部形成有仓口朝外的电池仓，且所述电池仓凹设于所述安装腔内；转接电路板包括第一转接板和第二转接板，所述第一转接板位于所述安装腔的一端，所述第二转接板位于所述安装腔的另一端；主电路板设于所述安装腔内、且靠近所述第一转接板设置，所述主电路板与所述第一转接板和所述第二转接板均电性连接；电池包组件设于所述电池仓内。本实用新型对机身壳体内的布设进行了有效的优化，使得整个机身的结构更为紧凑，外观也更美观。

摘要： 本实用新型公开了一种四足机器人的机身及四足机器人。该机身包括机身壳体、电池包组件及电池盖，所述机身壳体开设有电池仓，所述电池仓具有仓口；电池包组件设于所述电池仓内；电池盖呈覆盖所述电池仓的仓口设置、且具有延伸至所述仓口口周的边缘部；所述边缘部上设有安装部，所述机身壳体上设有与所述安装部相配合的配合部，所述安装部与所述配合部相配合，用以将所述电池盖固定于所述电池仓的仓口处。本实用新型通过在电池盖的边缘部上设有安装部，在机身壳体上设置有配合部，通过安装部和配合部的配合从而将电池盖固定于电池仓处，使电池盖对电池仓的盖合性更好，结构简单，且电池盖的拆装也更为方便，使其通用性更好、适配性更强。

摘要： 本实用新型公开了一种四足机器人的机身及四足机器人。该机身包括机身壳体及电池包组件，所述机身壳体设有电池仓，所述电池仓的仓壁上设有扣持部；电池包组件可拆卸的设于所述电池仓内，所述电池包组件包括电池包本体、以及设于所述电池包本体上的滑扣结构，所述滑扣结构包括可活动设置的锁块，所述锁块具有与所述扣持部相配合以将所述电池包本体锁紧至所述电池仓内的锁紧状态、以及具有与所述扣持部相分离以使得所述电池包本体可自所述电池仓取出的解锁状态。本实用新型使得电池包组件的安装和取出更为方便，且电池包组件的固定方式不易失效，连接更为可靠，更方便用户操作。

摘要： 本实用新型公开了一种四足机器人的机身及四足机器人。该四足机器人的机身包括机身壳体、转接板及压接件，所述机身壳体内形成有安装腔；转接板设于所述安装腔内；压接件与所述机身壳体呈共同夹持作用于所述转接板，用以将所述转接板限制于所述安装腔内。本实用新型通过压接件和机身壳体相夹持的方式可使得转接板的拆装更方便，且使用的螺钉数量更少，更节约成本。

摘要： 本实用新型提供了一种四足机器人的躯干机构及四足机器人，用于提升四足机器人的平衡性、灵活性、稳定性与跳跃能力。本实用新型的四足机器人的躯干机构，包括后躯干以及与所述后躯干柔性连接的前躯干，当两个驱动机构的转动方向相反且转动速率相同时，前躯干以第一方向为旋转轴旋转从而蜷缩或伸展；当两个驱动机构的转动方向相同或转动速率不同时，前躯干以第二方向为旋转轴旋转从而蜷缩或伸展，从而可以实现两个自由度的转向，使四足机器人拥有更高的平衡性、灵活性、稳定性与跳跃能力。

摘要： 本实用新型公开了一种机身及四足机器人。该四足机器人的机身包括上壳体、下壳体、前端盖组件及后端盖组件，下壳体具有朝上设置的开口、以及具有沿前后方向设置的前端壁和后端壁；上壳体盖设于下壳体的开口处；前端盖组件可拆卸的安装于下壳体的前端，用于盖设于前端壁上；后端盖组件可拆卸的安装于下壳体的后端，用于盖设于后端壁上。本实用新型通过前端盖组件和后端盖组件对下壳体与前腿组件和后腿组件的连接处进行遮盖，使得四足机器人的外观更美观，且在对前腿组件和后腿组件进行拆卸时，只需先将前端盖组件和后端盖组件从下壳体上拆卸下来，将前腿组件与下壳体的连接处和/或后腿组件与下壳体的连接处暴露出来，以便于拆卸，操作更为方便。

摘要： 本申请公开了一种四足机器人通用的限位机构及四足机器人，属于四足机器人领域，以解决相关技术中四足机器人髋关节限位零件不具通用性的问题。所述四足机器人包括身体和四个依次联接的侧摆关节、髋关节、膝关节、大腿和小腿，所述髋关节和所述膝关节通过所述限位机构联接，所述限位机构包括髋限位联接件和膝限位联接件，所述髋限位联接件和膝限位联接件具有旋转限位的机构，并且均为镜像对称的设计，可以通过不同的装配方式安装在髋关节与膝关节上，为四条不同位置的髋关节和膝关节实现相同的活动范围的技术效果。