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基于MPC的仿生尺蠖机器人运动控制
1
作者 杜巧玲 薛成泽 郑伟 《沈阳工业大学学报》 北大核心 2025年第1期124-129,共6页
【目的】随着科技的日新月异,人们的生活环境也在发生着巨大的变化。工业化的聚集以及人口密度的增加促使建筑不断向上增高或向下延伸,出现了很多人们不方便到达或是无法到达的地方,但这些地方机器人却可以到达。目前机器人最热门的研... 【目的】随着科技的日新月异,人们的生活环境也在发生着巨大的变化。工业化的聚集以及人口密度的增加促使建筑不断向上增高或向下延伸,出现了很多人们不方便到达或是无法到达的地方,但这些地方机器人却可以到达。目前机器人最热门的研究方向之一是非常规结构机器人,通过精简自身的冗余结构以及体积,增加对应的功能结构,使机器人可以在不适宜人们工作的地方代替人们进行相应的工作。【方法】研制了一款适合攀爬的仿尺蠖机器人。针对优化尺蠖机器人在运动过程中的步态问题,提出了基于模型预测控制(MPC)的仿生吸盘式尺蠖机器人运动控制方法。根据章鱼的吸盘结构设计了仿章鱼负压式吸盘以及吸盘控制模型,利用气压传感器反馈的数据实现闭环控制;基于MPC仿生吸盘控制器提出了基于模型预测仿生吸盘控制的仿尺蠖机器人运动步态。【结果】机器人仿真实验和测试结果表明,基于MPC仿生吸盘控制器(MPC-BSC)在吸盘气压优化上相较PID控制有明显优势,MPC-BSC仿尺蠖机器人可以在水平和竖直的瓷砖平面完成“Ω”型运动步态。本文的主要研究结果如下:设计了仿章鱼负压式吸盘,并提出了吸盘控制模型。在负压控制下,可以调整吸盘的吸附压力以满足躯干结构运动对吸附力的需求。提出了基于MPC的仿生吸盘控制算法,该算法通过调节真空泵流速进而实现对吸盘吸附力的调节。设计了仿生吸盘式尺蠖机器人,其躯干结构安装了4个纵向伺服电机和2个横向伺服电机,可以实现“Ω”型运动步态和转向步态。提出了MPC-BSC的运动步态规划,实现“Ω”型运动步态和转向步态。实验测试了仿生吸盘的性能,验证边缘结构对仿生吸盘吸附力的作用。【结论】通过仿真实验测试了基于MPC的仿生吸盘控制算法的可行性,实验验证了仿尺蠖机器人可以在不同倾角、不同材质的平面上实现“Ω”型步态和转向步态。本文研制的仿生吸盘结构为机器人的吸附功能拓展了应用场景,降低了吸附功能的复杂性;提出的“Ω”型运动步态对异形机器人的运动具有很好的参考价值,使其能够在复杂地形下进行简单高效的运动。 展开更多
关键词 仿生吸盘 仿生尺蠖 机器人 运动规划 机械设计 电机控制 嵌入式系统 姿态控制
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仿昆虫爬行机理的六足机器人步态控制研究
2
作者 李世其 周书香 +1 位作者 付乐群 郑旋烨 《兵器装备工程学报》 北大核心 2025年第5期166-176,共11页
针对六足机器人运动控制中存在的结构复杂和作业效率较低的问题,设计了一种仿六足昆虫爬行机理的步态模型,并对其静态和动态稳定性进行了评估;进一步采用基于Hopf振荡器的中枢模式发生器(CPG)网络,实现了模型的内耦合、外反馈闭环控制策... 针对六足机器人运动控制中存在的结构复杂和作业效率较低的问题,设计了一种仿六足昆虫爬行机理的步态模型,并对其静态和动态稳定性进行了评估;进一步采用基于Hopf振荡器的中枢模式发生器(CPG)网络,实现了模型的内耦合、外反馈闭环控制策略;最后通过仿真和样机双重测试,验证了所提控制策略的有效性。实验表明,机器人在平地上的理论质心波动仅为10-4 m级,其在斜坡、台阶、沟壑的越障极限分别为38°、210 mm、300 mm,另在其他非结构化地形中也表现出优秀的适应性和通过性。 展开更多
关键词 六足机器人 仿生学 Hopf振荡器 中枢模式发生器 步态控制模型 闭环控制
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基于NMPC的仿生海豚三维路径跟踪研究 被引量：1
3
作者 陈昭阳 陈宏 +1 位作者 付乐乐 巩伟杰 《传感器与微系统》 北大核心 2025年第4期56-59,64,共5页
针对仿生机器海豚在水下三维路径跟踪过程中的参数时变、模型复杂与外界环境干扰等问题,研究了一种基于非线性模型预测控制(NMPC)的路径跟踪控制方法;算法采用模型预测和约束优化相结合的方式来求解控制量,使仿生机器海豚在具有强烈非... 针对仿生机器海豚在水下三维路径跟踪过程中的参数时变、模型复杂与外界环境干扰等问题,研究了一种基于非线性模型预测控制(NMPC)的路径跟踪控制方法;算法采用模型预测和约束优化相结合的方式来求解控制量,使仿生机器海豚在具有强烈非线性特点的三维环境下克服反步控制算法的速度跳变与超速问题,并能在满足控制约束的条件下有效完成路径跟踪任务;最终通过MATLAB仿真实验与实物实验,验证了跟踪算法在不同环境下的有效性。 展开更多
关键词 仿生机器海豚 三维路径跟踪 非线性模型预测控制 反步控制
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多向弯曲气体检测软体机器人设计
4
作者 关峰 赵鲁宁 +2 位作者 黄成杰 熊佳伟 刘春宝 《液压与气动》 北大核心 2025年第1期132-138,共7页
提出了一种基于仿生设计的软体气动驱动器,模仿象鼻的肌肉纤维结构,由柔性折叠结构、气动人工肌肉和刚性连接组成。该驱动器在两种驱动模式下可实现8个方向的弯曲,具有高弯曲刚度和灵活性。实验表明,当工作压力为120 kPa时,驱动器可在1 ... 提出了一种基于仿生设计的软体气动驱动器,模仿象鼻的肌肉纤维结构,由柔性折叠结构、气动人工肌肉和刚性连接组成。该驱动器在两种驱动模式下可实现8个方向的弯曲,具有高弯曲刚度和灵活性。实验表明,当工作压力为120 kPa时,驱动器可在1 s内产生42°的弯曲变形。建立了气动人工肌肉和柔性折叠结构的弯曲变形数学模型,并通过实验验证了驱动器的性能。将此驱动器应用于气体检测机器人,并设计了仿生检测鼻腔。瞬态响应模式下,检测有害气体的响应时间缩短为原始传感器的31.7%及静态仿生结构的19.1%。实验表明,该机器人在乙醇和水的区分中表现出色,具有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 仿生软体驱动器 多方向弯曲 气体检测机器人 瞬态响应
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腿臂融合六足机器人仿生设计及分析 被引量：2
5
作者 郑羿 饶思贤 高佳篷 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期545-559,共15页
设计一种新型的腿臂融合仿生六足机器人,首先确定最优的机器人本体构型,从步长、步态以及转弯灵活性方面对两种本体构型进行对比;然后对机器人的不同肢体进行仿生设计。对于腿分支,根据仿生学原理确定了最优的关节转角范围、髋节长度以... 设计一种新型的腿臂融合仿生六足机器人,首先确定最优的机器人本体构型,从步长、步态以及转弯灵活性方面对两种本体构型进行对比;然后对机器人的不同肢体进行仿生设计。对于腿分支,根据仿生学原理确定了最优的关节转角范围、髋节长度以及大小腿节的长度比例,并从工作空间、速度椭圆和力椭圆3个方面评估六足机器人类昆虫式构型和类哺乳动物式构型的运动能力和承载能力,对于腿臂分支,参照人类手臂的关节布局,利用腿臂融合机制设计一种具有五自由度的腿臂分支,可实现腿/臂功能之间的灵活切换;在此基础上,将两者均布在圆周本体上组成了六足机器人的整体构型,最后设计机器人的整体系统,并利用研制的物理样机对机器人的步行功能、操作功能进行实验验证。研究结果表明:该仿生机器人相比于一般的六足机器人具有最优的腿分支拓扑结构,可以根据目标任务不同选择类昆虫构型或者类哺乳动物构型,并且由于类人手臂腿臂融合分支的存在,其不仅可以实现基本的步行功能,而且可实现一定的操作功能,同时完成这两种功能之间的灵活切换。 展开更多
关键词 腿臂融合 六足机器人 仿生设计 步态规划 单腿臂操作
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基于灵长类动物特征的爬树机器人步态
6
作者 路欣哲 李文彬 +1 位作者 徐道春 白效鹏 《林业科学》 北大核心 2025年第9期162-172,共11页
【目的】针对现有爬树机器人工作空间受限、难以适应复杂攀爬环境的问题,开发一种新型夹爪式爬树机器人平台及其攀爬步态,拓展现有样机在树干环境下的作业范围,以代替林区研究人员进行树冠层的作业、降低安全隐患。【方法】基于灵长类... 【目的】针对现有爬树机器人工作空间受限、难以适应复杂攀爬环境的问题,开发一种新型夹爪式爬树机器人平台及其攀爬步态,拓展现有样机在树干环境下的作业范围,以代替林区研究人员进行树冠层的作业、降低安全隐患。【方法】基于灵长类动物的生理特征和攀爬机理,设计三臂夹爪式机器人结构,并根据静力学仿真分析验证设计方案的合理性。提出三爪垂直攀爬与双爪周转两种步态策略,通过几何分析推导机器人的工作空间方程,确定各攀爬步态下的最大步长。采用Adams动力学仿真验证关节扭矩稳定性,并计算能量消耗以评估续航性能。最后利用样机进行实地步态验证试验,评估步态可行性和机器人的可攀爬范围。【结果】1)结构的最大变形量在亚毫米级,最大等效应力为67MPa,理论上在运行过程中不会发生严重的变形或损伤,机构设计和材料选用符合要求;2)所设计的三爪攀爬步态可实现最大210mm的步长,单步态周期约4min;3)双爪周转步态可以实现最大51°的绕树干周转,单步态周期约2.5 min;4)根据攀爬范围试验,机器人可以在直径约61~136mm、与地面夹角约40°~87°的树干上进行攀爬;5)续航试验显示,容量为9800mAh的锂电池在连续作业30 min后,仍可持续输出最大工作电流,且机器人的关节舵盘、支撑架等关键零部件未出现明显磨损。【结论】通过对灵长类动物的仿生设计,研制了一种新型三臂夹爪式爬树机器人及其攀爬步态。机器人整体采用铝合金和光敏树脂材料制造,总重约2.5kg。根据静力学仿真结果,验证了尺寸设计与材料选型的合理性。通过攀爬范围试验,其可适应直径范围约占试验树枝干范围的68%,可攀爬的倾斜角度能够满足多数攀爬场景,且通过更换夹持器可以进一步扩大攀爬范围。经实地试验,当前电源配置可以支持至少30min的连续攀爬作业,在林地环境下可以通过更换电池实现持续工作。本研究验证了机器人能够通过所设计的步态进行攀爬,表现出较为理想的综合性能,为辅助林区研究人员进行高空林木采样、冠层监测等工作提供了新的解决方案。 展开更多
关键词 林区作业 爬树机器人 仿生设计 步态策略 工作空间
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基于功能实例建模和BioTRIZ的仿生机器人启发设计方法研究
7
作者 王嘉怡 杨志云 +2 位作者 郭道京 马进 王守慧 《包装工程》 北大核心 2025年第12期73-82,共10页
目的针对仿生机器人启发设计中存在的工程-生物跨领域知识重用和知识推理方法研究不足的问题,提出了一种基于功能实例建模和BioTRIZ的系统化知识表示与设计类推方法。方法首先提出了面向仿生机器人启发设计的跨领域功能实例建模方法,用... 目的针对仿生机器人启发设计中存在的工程-生物跨领域知识重用和知识推理方法研究不足的问题,提出了一种基于功能实例建模和BioTRIZ的系统化知识表示与设计类推方法。方法首先提出了面向仿生机器人启发设计的跨领域功能实例建模方法,用于设计过程工程和生物实例的知识表示和实例建模。之后给出了基于功能实例检索和BioTRIZ的仿生机器人启发设计跨领域类推方法。在功能实例检索中,通过功能推理和相似性度量,根据所需功能检索生物实例。在BioTRIZ中,仿生机器人设计问题首先经过抽象,然后被转换为一组冲突对。最后,通过矛盾矩阵索引创新原理并在相应的创新原理下检索该功能相关的生物实例,将其映射到工程领域实现医用穿刺注射机器人仿生止回阀创新设计。结果通过将功能实例建模和BioTRIZ相结合,能够实现仿生机器人启发设计中的知识表示并支持工程-生物跨领域设计类推推理。结论基于功能实例建模和BioTRIZ的系统化知识表示与设计类推方法,不仅提高了设计效率,还为仿生机器人设计提供了新的设计工具和方法。 展开更多
关键词 功能实例建模 BioTRIZ 生物启发设计 类推推理 仿生机器人
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仿生鲔科机器鱼游动性能研究
8
作者 张保成 吴业涛 +1 位作者 张开升 鲁中间 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第5期251-257,共7页
为研究仿生机器鱼游动过程中鱼体与周围流场之间流固耦合作用机理,以游动效率最高的仿生鲔科机器鱼为研究对象,应用绝对节点坐标法建立机器鱼游动时的动力学模型,使用广义Alpha方法和遗传算法求得机器鱼最优位置函数。将理论结果代入STA... 为研究仿生机器鱼游动过程中鱼体与周围流场之间流固耦合作用机理,以游动效率最高的仿生鲔科机器鱼为研究对象,应用绝对节点坐标法建立机器鱼游动时的动力学模型,使用广义Alpha方法和遗传算法求得机器鱼最优位置函数。将理论结果代入STAR-CCM+耦合流体求解器建立鱼体的游动模型,耦合结果表明当摆动幅值为0.13倍体长,摆动频率在(1.72~2.47)Hz范围内,平均巡游速度为1.2BL/s(BL为机器鱼体长的倍数),机器鱼最佳游动效率为0.4155。结果证实了机器鱼游动过程中通过制造沿尾部脱落的双列反卡门涡街,实现从周围流场汲取能量以维持自身高效率游动。通过分析机器鱼自主游动涡街产生过程得出流场雷诺数在(800~1200)时,机器鱼自主游动产生的反卡门涡街的结构达到最佳尺寸,可为仿生机器鱼效率的提高提供新的思路和方向。 展开更多
关键词 仿生机器鱼 绝对节点坐标法 遗传算法 流固耦合 游动特性
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基于改进YOLOv5n的仿生海豚目标识别与跟踪方法
9
作者 曾广娟 陈宏 +1 位作者 陈昭阳 巩伟杰 《传感器与微系统》 北大核心 2025年第8期93-96,100,共5页
针对仿生机器海豚水下识别与跟踪任务要求低延迟与高实时性等特点,提出一种基于改进YOLOv5n的仿生海豚目标识别与跟踪方法。该方法使用轻量化网络GhostNet替代原YOLOv5n的主干网络,从而减少算法网络结构的浮点运算次数,提升仿生海豚水... 针对仿生机器海豚水下识别与跟踪任务要求低延迟与高实时性等特点,提出一种基于改进YOLOv5n的仿生海豚目标识别与跟踪方法。该方法使用轻量化网络GhostNet替代原YOLOv5n的主干网络,从而减少算法网络结构的浮点运算次数,提升仿生海豚水下目标检测与识别的实时性与可靠性,并最终与DeepSORT跟踪算法融合,完成对识别目标的跟踪任务。仿真与实验结果表明:改进后的算法更加轻量化,且识别效率高,跟踪误差小,验证了算法在仿生海豚水下目标识别与跟踪任务中的可行性与高效性。 展开更多
关键词 仿生机器海豚 水下目标识别 YOLOv5n检测网络 目标跟踪
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基于CFD的仿鱼机器人多模式游动机理研究
10
作者 夏明海 罗自荣 +2 位作者 殷谦 卢钟岳 蒋涛 《图学学报》 北大核心 2025年第5期1105-1112,共8页
仿鱼机器人是一种新型水下航行器,具有噪音低、可靠性高、环境友好等突出优势。为探究仿鱼机器人双鳍驱动游动机理,基于计算流体力学方法进行机器人多模式运动性能数值仿真。推导了机器人运动学与动力学模型,建立了波动鳍空间运动方程。... 仿鱼机器人是一种新型水下航行器,具有噪音低、可靠性高、环境友好等突出优势。为探究仿鱼机器人双鳍驱动游动机理,基于计算流体力学方法进行机器人多模式运动性能数值仿真。推导了机器人运动学与动力学模型,建立了波动鳍空间运动方程。在Fluent软件中建立了机器人流体仿真模型,设计了力与运动耦合动网格仿真算法。仿真结果表明,机器人可以通过双侧波动长鳍的配合,实现前进后退、机动转弯、原地转向等多模式运动。机器人的推进力与波动频率平方成正比,机器人的游动速度、转弯速度均与波动频率成正比。频率为6 Hz时,仿真得到机器人的游动速度达到1.25 m/s,转向速度达到3.2 rad/s。研究结果验证了仿鱼机器人设计合理性与多模式运动性能,为机器人物理样机优化设计与运动控制提供理论参考与计算支撑。 展开更多
关键词 波动鳍 仿生机器人 计算流体力学 动网格 运动控制
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仿生尾鳍结构集成应变式传感器研制
11
作者 宋仙钊 赵全亮 +2 位作者 王锦仁 张萌颖 何广平 《兵器装备工程学报》 北大核心 2025年第5期237-244,278,共9页
随着新型驱动材料的快速发展,基于新型驱动材料致动器的微型机器鱼的研究逐渐增多。相比于传统电机驱动与螺旋桨推进的机器鱼,使用新型驱动材料及仿生推进机构,可以有效提高推进效率减弱噪声和尾流的产生。但同时仿生微小型机器鱼相比... 随着新型驱动材料的快速发展,基于新型驱动材料致动器的微型机器鱼的研究逐渐增多。相比于传统电机驱动与螺旋桨推进的机器鱼,使用新型驱动材料及仿生推进机构,可以有效提高推进效率减弱噪声和尾流的产生。但同时仿生微小型机器鱼相比于常规的水下机器人负载能力大大降低,为了使其能够实现水下信息探测功能,对搭载的传感器提出了新的要求。针对尾鳍推进式机器鱼水下动力学信息感知问题,本文研制了2种新型仿生尾鳍结构-感知一体化集成的应变式传感器。经过实验验证,所研制的传感器实现了尾鳍在不同频率及摆角摆动时所受流体横向力变化的感知,测量结果还显示出尾鳍在摆动周期内的受力变化特征,结合尾鳍水动力模型实现了关键参数解算。本文研究可供后续尾鳍推进型仿生机器鱼的研制和动力学研究提供传感技术支持。 展开更多
关键词 传感器 仿生机器鱼 结构-传感一体化 尾鳍 柔性应变传感
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环形弹性杆扭转失稳特性的研究及应用
12
作者 谢琦 袁卫锋 《应用力学学报》 北大核心 2025年第1期174-181,共8页
建立了环形弹性杆的有限元模型,研究其在连续扭转作用下的力学响应,分析环形弹性杆在不同约束条件下的多稳态特性。静力学模拟发现,承受扭矩的环形弹性杆在特定约束下发生突弹跳变,但失稳后的环形弹性杆恢复为其初始形状,因而存在循环... 建立了环形弹性杆的有限元模型,研究其在连续扭转作用下的力学响应,分析环形弹性杆在不同约束条件下的多稳态特性。静力学模拟发现,承受扭矩的环形弹性杆在特定约束下发生突弹跳变,但失稳后的环形弹性杆恢复为其初始形状,因而存在循环失稳的独特现象;动力学分析表明,环形弹性杆抗扭的变形模态和突跳翻转的时机不但依赖于其几何及材料性质,而且和扭转速度相关。据此,提出了一种单自由度功能-结构一体式机构,可通过环形弹性杆的扭转产生复杂的波浪形运动并被应用于仿生机器鱼的运动驱动中。与传统的机构相比,环形弹性杆机构结构简单,易于控制,在软体机器人设计中具有良好的应用前景。 展开更多
关键词 环形弹性杆 扭转失稳 有限元 仿生机器鱼
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多关节仿生机械手结构设计与仿真分析
13
作者 于昌润 赵虎 朱银龙 《林业机械与木工设备》 2025年第1期64-69,75,共7页
介绍了一种仿人手指驱动器组成的三指软体机械手爪。根据手指的结构,设计的仿人手指驱动器由3个弯曲关节及4个软体指节组成,通过关节腔室变形弯曲协助手爪进行抓握,指节处用实体硅胶,每个关节通过单独的腔道分开控制,驱动方式为气压驱动... 介绍了一种仿人手指驱动器组成的三指软体机械手爪。根据手指的结构,设计的仿人手指驱动器由3个弯曲关节及4个软体指节组成,通过关节腔室变形弯曲协助手爪进行抓握,指节处用实体硅胶,每个关节通过单独的腔道分开控制,驱动方式为气压驱动,安全稳定。使用Solidworks设计仿人手指驱动器,将其导入ABAQUS对仿人手指驱动器进行有限元仿真,分析确定驱动器的关节处的结构参数。将仿真结果与传统连续式软体驱动器的仿真结果进行对比,仿人手指驱动器更具优势。 展开更多
关键词 仿生机械手 驱动器 软体机械手爪 结构设计 有限元仿真分析
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基于改进BI-RRT算法的仿生机器鱼路径规划研究
14
作者 卢府成 郭铁铮 《农业装备与车辆工程》 2025年第6期82-87,共6页
针对传统BI-RRT算法在仿生机器鱼路径规划中存在的路径冗余、收敛效率低及狭窄环境适应性差等问题,提出一种三阶段改进策略。首先,通过动态调整目标偏向概率与自适应步长,结合碰撞历史反馈减少无效节点,提升搜索效率;其次,采用贪心剪枝... 针对传统BI-RRT算法在仿生机器鱼路径规划中存在的路径冗余、收敛效率低及狭窄环境适应性差等问题,提出一种三阶段改进策略。首先,通过动态调整目标偏向概率与自适应步长,结合碰撞历史反馈减少无效节点,提升搜索效率;其次,采用贪心剪枝技术剔除冗余节点,缩短路径长度;最后,引入3次B样条插值与势场引导平滑法,优化路径连续性并避免障碍物穿透。仿真实验表明:在普通地图环境下,相较于传统RRT算法,改进算法的路径长度缩短26.6%,规划耗时减少88.9%,节点数仅为RRT算法的23.7%;对比BI-RRT算法,路径长度缩短26.5%,规划耗时降低59.7%,节点数减少47.5%,且在该地图测试中成功率始终保持100%。该算法提升了路径质量与实时性,为复杂水下环境中的仿生机器人运动规划提供了参考。 展开更多
关键词 仿生机器鱼 路径优化 改进BI-RRT算法
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仿生六足折纸机器人结构设计与运动分析 被引量：1
15
作者 曹东兴 贾艳超 +1 位作者 郭翔鹰 毛佳佳 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1543-1555,共13页
针对现有折纸机器人组成结构单一,运动不够灵活的问题,将折纸结构与多足机器人设计相结合,耦合三浦折纸和六折痕折纸,提出新型的仿螃蟹六足折纸机器人设计方案,扩展了折纸机器人的运动构型,提升了折纸机器人的运动灵活性.在面对称假设下... 针对现有折纸机器人组成结构单一,运动不够灵活的问题,将折纸结构与多足机器人设计相结合,耦合三浦折纸和六折痕折纸,提出新型的仿螃蟹六足折纸机器人设计方案,扩展了折纸机器人的运动构型,提升了折纸机器人的运动灵活性.在面对称假设下,该机器人单足具有2个自由度,此时将机器人腿部顶点等效为关节,轴线折痕等效为连杆,建立机器人腿部的平面连杆等效模型,并以折面夹角为运动变量,通过仿真计算得出机器人足端的理论运动范围.利用楔形面板技术对折面增厚并避免相邻折面发生物理干涉,建模得到折纸仿螃蟹六足机器人的三维模型.基于平面连杆的等效模型,分析折面夹角与足端运动之间的联系,设计确定机器人的足端运动轨迹与运动步态.利用3D打印技术设计并制作折纸仿生六足机器人试验样机,基于STM32单片机控制实现了机器人三横向角步态运动.结果表明,该折纸仿生机器人可以实现平面构型到仿螃蟹构型的转换,在6条腿的协同运动下,机器人可以平稳地左右横向移动. 展开更多
关键词 六足机器人 仿生 六折痕折纸 三浦折纸 运动分析
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受海龟爬行与山羊行走启发的四足仿生移动机器人多步态规划及动力学分析 被引量：1
16
作者 芮宏斌 王天赐 +4 位作者 厍龙林 段凯文 李耒 郭旋 彭家璇 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期309-318,共10页
为解决救援机器人运动速度慢、环境适应性差和步态单一等问题,参照海龟与山羊的生理结构,设计了一种四足仿生移动机器人。首先,根据海龟能在松软地面上爬行以及山羊运动能力强的特点,为机器人规划了仿海龟爬行和仿山羊行走两种步态以适... 为解决救援机器人运动速度慢、环境适应性差和步态单一等问题,参照海龟与山羊的生理结构,设计了一种四足仿生移动机器人。首先,根据海龟能在松软地面上爬行以及山羊运动能力强的特点,为机器人规划了仿海龟爬行和仿山羊行走两种步态以适应不同环境,提高了机器人的运动性能。然后,对机器人支腿进行了动力学分析,通过建立动力学模型来获取机器人关节扭矩与运动性能参数之间的定量关系。最后,通过仿真和样机实验来验证机器人步态的可行性以及机器人的环境适应能力。结果表明,所设计的机器人结构稳定,步态规划合理,可适应不同的复杂地形。研究结果可为仿生机器人的设计与开发提供重要参考。 展开更多
关键词 仿生移动机器人 多步态规划 动力学
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融合外形仿生与可拓创新方法的产品创新设计 被引量：1
17
作者 刘琳琳 李烜 +2 位作者 李明 段金娟 申子坤 《机械设计》 CSCD 北大核心 2024年第8期190-195,共6页
为辅助设计人员创新,激发发散性思维,提出了融合外形仿生与可拓创新方法的产品创新设计方法。建立仿生样本库,通过意象相似度和功能相似度确定仿生对象;解构目标产品代表性样本,采用数量化Ⅰ类构建设计元素与设计目标的关联模型,选取对... 为辅助设计人员创新,激发发散性思维,提出了融合外形仿生与可拓创新方法的产品创新设计方法。建立仿生样本库,通过意象相似度和功能相似度确定仿生对象;解构目标产品代表性样本,采用数量化Ⅰ类构建设计元素与设计目标的关联模型,选取对设计目标贡献度高的元素进行可拓建模;以仿生对象为基础,对可拓模型进行发散、变换,生成创意,并采用模糊综合评价法评估创意。融合外形仿生与可拓创新方法形成一种流程化的产品创新设计方法,以废墟搜救机器人为例,验证该方法的可行性。研究结果表明:该方法有助于生成创新方案,能为发散性思维提供指导方向,为设计人员提供有价值的参考。 展开更多
关键词 产品设计 可拓创新方法 外形仿生 废墟搜救机器人
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四足机器人腾空跳跃的轨迹优化与控制方法
18
作者 张秀丽 赵浩宇 +1 位作者 吴佳宁 许鹏 《北京交通大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期161-170,共10页
针对四足机器人难以跨越大尺寸障碍物的问题,提出了一种仿生腾空跳跃的轨迹优化控制方法 .首先,对马里努阿犬的越障运动进行测试和仿生学分析,得到腾空跳跃的参考轨迹.其次,根据摩擦锥、轨迹平滑、运动学和动力学等约束条件,基于轨迹优... 针对四足机器人难以跨越大尺寸障碍物的问题,提出了一种仿生腾空跳跃的轨迹优化控制方法 .首先,对马里努阿犬的越障运动进行测试和仿生学分析,得到腾空跳跃的参考轨迹.其次,根据摩擦锥、轨迹平滑、运动学和动力学等约束条件,基于轨迹优化的方法对仿生参考轨迹进行离线优化,生成四足机器人的期望跳跃轨迹,得到跳跃所需的足端位置、关节力矩和关节角度序列.再次,设计分阶段的跳跃控制器,采用关节和质心PD(Proportional Derivative)的组合控制策略,实现对期望跳跃轨迹的跟踪,采用变刚度虚拟模型控制实现对落地姿态的调整和足底力的缓冲.最后,在Webots仿真环境中完成了1 m高度的自由落地和跳跃0.75 m高度桌子的仿真实验.研究结果表明:仿生轨迹优化与控制算法能够使四足机器人跳跃大尺寸障碍物并且具有平稳落地的效果,对于提高四足机器人的高性能运动能力以及拓展其应用环境具有参考价值. 展开更多
关键词 四足机器人 仿生学 轨迹优化 跳跃 虚拟模型控制
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水下船体检测仿生扑翼机器人的设计与分析
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作者 沈雁 刘天铄 贾彬彬 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第23期111-115,共5页
为了满足水下船体检测的工作需求,对目前水下船体检测方法进行研究,设计一种用于水下船体检测的仿生扑翼机器人。首先基于仿生学的原理,对机器人整体结构进行设计,通过机身和肢体结构的相互配合设计,提高机器人在水下环境中的稳定性和... 为了满足水下船体检测的工作需求,对目前水下船体检测方法进行研究,设计一种用于水下船体检测的仿生扑翼机器人。首先基于仿生学的原理,对机器人整体结构进行设计,通过机身和肢体结构的相互配合设计,提高机器人在水下环境中的稳定性和灵活性;其次,通过FLOW Simulation软件对机器人的仿生扑翼机构进行了扑翼运动过程的模拟实验,验证了设计的合理性和可行性。结果表明,该仿生扑翼机器人具备良好的姿态调整能力与优越的稳定性能,满足水下船体检测的需求。 展开更多
关键词 水下船体检测 仿生机器人 结构设计
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复杂地形下仿生轮腿式机器人位姿控制研究 被引量：7
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作者 张庆 潘烤鑫 +3 位作者 王振宇 黄韶炯 尤泳 王德成 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期380-391,403,共13页
丘陵山地地势复杂、地形多变,农机装备作业环境以倾斜角度较大的斜坡为主,传统农机装备在丘陵山区复杂地形下作业时效率低、稳定性差,甚至会出现侧倾、翻车等现象。本文从仿生机械设计角度出发,提出一种在丘陵山地复杂地形下能够自主实... 丘陵山地地势复杂、地形多变,农机装备作业环境以倾斜角度较大的斜坡为主,传统农机装备在丘陵山区复杂地形下作业时效率低、稳定性差,甚至会出现侧倾、翻车等现象。本文从仿生机械设计角度出发,提出一种在丘陵山地复杂地形下能够自主实现位姿调平控制的轮腿式机器人平台,提升复杂地形下的作业稳定性和安全性。以昆虫后足为仿生机械设计对象,并结合多连杆机构原理,完成新型变行程轮腿机构及机器人平台的整体架构设计。采用D-H参数法分析了轮腿机构运动学特性,结果显示轮腿式机器人离地间隙最大调整量为574mm,具备较强的越障能力。在空间坐标系上定义轮腿式机器人空间姿态参数,推导得到机身姿态角与轮腿伸缩量之间的空间姿态模型,并设计了基于NSGA-Ⅱ的机身空间姿态逆解算法。基于空间姿态逆解算法构建了轮腿式机器人全向位姿调平位姿控制系统,包含机身调平控制器、“虚腿”补偿控制器和质心高度控制器,在复杂地形下行驶时能够控制轮腿式机器人俯仰角、侧倾角、接地力、质心高度等空间姿态参数,然后通过搭建的轮腿式机器人ADAMS-Matlab联合仿真模型完成了位姿控制系统算法仿真验证。在机器人样机上开展了离地间隙自动调整和机身全向位姿调平试验,试验结果表明,试验样机离地间隙最大调整量为574mm,同时在复杂地形下能够实现机身位姿全向自动调平,调平平均时间约为1.2s,调平平均误差为0.8°,位姿控制响应速度与调平精度能够满足实际工作要求。 展开更多
关键词 轮腿式机器人 复杂地形 仿生 位姿控制 样机试验
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