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水下爬壁机器人腿部机构设计与分析
1
作者 杨旭 李露 +2 位作者 苑明海 车航 曹凯 《机械设计》 北大核心 2025年第2期23-31,共9页
作业型水下爬壁机器人受水流阻力影响,要求运动平稳,作业时重心波动范围小。文中提出一种水下四足式爬壁机器人的设计方案,基于切比雪夫机构设计了一种双曲柄复合连杆式仿生腿爬行机构,分析了水下爬壁机器人的移动需求,采用轨迹圆滑,且... 作业型水下爬壁机器人受水流阻力影响,要求运动平稳,作业时重心波动范围小。文中提出一种水下四足式爬壁机器人的设计方案,基于切比雪夫机构设计了一种双曲柄复合连杆式仿生腿爬行机构,分析了水下爬壁机器人的移动需求,采用轨迹圆滑,且支撑相为直线的一种组合曲线作为机器人足端运动轨迹。以预期规划轨迹复现为优化目标,基于GA算法和fmincon函数内点法计算得到腿部连杆的最优尺寸参数。通过虚拟样机仿真分析机器人速度和加速度等运动性能。最后,搭建腿部机构试验平台,实测结果表明,足端轨迹实现和机器人移动时重心波动性达到设计需求。 展开更多
关键词 水下四足式爬壁机器人 腿部机构 轨迹规划 复合连杆机构 重心波动性
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基于传递矩阵法的足式机器人四连杆腿部机构正向与逆向动力学分析 被引量：1
2
作者 赵鑫宇 宋延松 +2 位作者 朱晓蕙 刚宪约 柴汇 《济南大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第1期115-122,共8页
为了保证足式机器人腿部机构的控制准确性与实时性,利用向量代数方法,对足式机器人四连杆腿部机构进行几何运动学分析;根据有限元形函数理论,建立足式机器人四连杆腿部机构典型构件的质量离散方法;在几何运动学分析的基础上,基于力矩平... 为了保证足式机器人腿部机构的控制准确性与实时性,利用向量代数方法,对足式机器人四连杆腿部机构进行几何运动学分析;根据有限元形函数理论,建立足式机器人四连杆腿部机构典型构件的质量离散方法;在几何运动学分析的基础上,基于力矩平衡原理,分别进行正向与逆向动力学分析;利用线性变换原理并结合传递矩阵法,建立足式机器人四连杆腿部机构正-逆向动力学统一模型,并利用Adams软件建立足式机器人四连杆腿部机构虚拟样机模型,进行正向与逆向动力学仿真实例分析。结果表明,所建立的足式机器人四连杆腿部机构正-逆向动力学统一模型与虚拟样机模型3个油缸力与3个方向足底力的误差分别小于1%与3%,验证了所建立的足式机器人四连杆腿部机构正-逆向动力学统一模型能够精确地求解油缸力与足底力。 展开更多
关键词 足式机器人 腿部机构 动力学分析 传递矩阵法
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一种新型轮腿四足机器人腿部机构结构参数优化 被引量：14
3
作者 王晓磊 王雪涛 +1 位作者 孙丹丹 李晓丹 《机电工程》 CAS 北大核心 2022年第4期547-553,共7页
目前对于躯体宽度可变、具有腰关节的轮腿四足机器人的研究相对较少,针对这一问题,提出了一种新型轮腿四足机器人,对该机器人的腿部机构结构参数尺寸进行了优化研究。采用Solidworks软件建立了四足机器人的整机模型及腿部结构模型;对机... 目前对于躯体宽度可变、具有腰关节的轮腿四足机器人的研究相对较少,针对这一问题,提出了一种新型轮腿四足机器人,对该机器人的腿部机构结构参数尺寸进行了优化研究。采用Solidworks软件建立了四足机器人的整机模型及腿部结构模型;对机器人腿部机构进行了运动学分析,推导出了其腿部机构的位置正反解公式,并利用MATLAB对位置正反解公式进行了验证;利用蒙特·卡罗方法求解出了足端工作空间,分析了腿部各结构尺寸参数对足端工作空间的影响规律,并总结出了影响工作空间的主要参数;以工作空间为优化指标,利用遗传算法对其主要结构参数进行了优化。研究结果表明:推导的运动学正反解公式正确;腿部机构的工作空间形状满足机器人行走要求;影响腿部机构空间的主要结构参数是r_(0)、r_(2)、r_(4)、l_(1);优化后的结构参数使其工作空间体积增大了68%。 展开更多
关键词 轮腿四足机器人 腿部机构 参数优化 遗传算法 工作空间
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四足机器人腿部机构运动学分析与实现 被引量：5
4
作者 康杰 汤文成 +1 位作者 沙鑫美 严光锐 《机械设计与制造》 北大核心 2021年第11期270-274,278,共6页
通过研究犬类骨骼结构,确定了机器人关节数和腿部机构简图,提出一种四足机器人腿部机构运动学分析和实现的方法。对机器人进行运动学建模,借助模型进行了机器人正逆解计算以及求出腿部机构关节转角与电机转圈数之间的关系。借助ADAMS动... 通过研究犬类骨骼结构,确定了机器人关节数和腿部机构简图,提出一种四足机器人腿部机构运动学分析和实现的方法。对机器人进行运动学建模,借助模型进行了机器人正逆解计算以及求出腿部机构关节转角与电机转圈数之间的关系。借助ADAMS动力学仿真软件,验证单腿机构的运动起立过程和关键参数变化规律,逆向运动学仿真得到了关节扭矩等关键数据,设计了以滚珠丝杆为传动机构的腿部结构。实践表明,该机构的设计方法有利于仿生机器人的研究与发展。 展开更多
关键词 四足机器人 腿部机构 运动学建模 ADAMS仿真
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一种新型摆桨式腿部机构运动学及工作空间分析 被引量：2
5
作者 冯海兵 金振林 赵裕明 《机械设计》 CSCD 北大核心 2020年第4期37-44,共8页
提出了一种适用于六足机器人的新型摆桨式腿部机构,该机构为(2-UPS+RR)+(3-RR+RPR)串并混联机构。对机构进行了运动学分析,推导出了位置反解方程、速度雅可比矩阵及加速度传递关系,并建立了左、右两个足端点的运动关联式。根据杆长、摆... 提出了一种适用于六足机器人的新型摆桨式腿部机构,该机构为(2-UPS+RR)+(3-RR+RPR)串并混联机构。对机构进行了运动学分析,推导出了位置反解方程、速度雅可比矩阵及加速度传递关系,并建立了左、右两个足端点的运动关联式。根据杆长、摆角及干涉等约束条件绘制了工作空间的三维图,以步幅和抬腿高度为评价指标,确定了主要机构参数的优选域。并通过运动学仿真分析,验证了理论分析的正确性,为六足机器人腿部机构设计提供了参考。 展开更多
关键词 摆桨式腿部机构 运动学分析 关联式 机器人
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二自由度七连杆机器人腿部机构优化设计 被引量：1
6
作者 罗中华 《食品与机械》 北大核心 2020年第7期87-91,186,共6页
文章推导了二自由度七连杆机构运动分析计算公式,建立了七连杆机器人腿部机构优化设计的数学模型。以长半轴100 mm、短半轴40 mm的椭圆曲线作为机器人足端的相对理想轨迹曲线,采用遗传算法对七连杆机器人腿部机构进行了优化设计。优化... 文章推导了二自由度七连杆机构运动分析计算公式,建立了七连杆机器人腿部机构优化设计的数学模型。以长半轴100 mm、短半轴40 mm的椭圆曲线作为机器人足端的相对理想轨迹曲线,采用遗传算法对七连杆机器人腿部机构进行了优化设计。优化的七连杆机器人腿部机构足端的实际轨迹曲线几乎与理想轨迹曲线重合,足端点的最大、最小x坐标分别为100.035,-100.036 mm,最大、最小y坐标分别为40.005,-40.009 mm,与理想轨迹的椭圆长轴、短轴半径的最大相对误差仅为0.036%。利用优化的七连杆机器人腿部机构,设计了6足仿真机器人,并采用UG软件对优化的七连杆机器人腿部机构和6足仿真机器人进行了运动仿真,运动仿真结果非常理想。 展开更多
关键词 二自由度 机器人 腿部机构 优化设计
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单自由度四足机器人腿部机构设计与分析 被引量：11
7
作者 龙樟 阿扯月西 +3 位作者 张海龙 赖贤鑫 温飞娟 陈林燕 《机械设计》 CSCD 北大核心 2021年第7期28-33,共6页
针对四足机器人腿部机构的自由度多导致传动控制复杂,腿部转动惯量大导致运动性能差,关节驱动换向导致冲击能耗大等问题,基于机构综合设计了一种由曲柄摇杆机构、四边形机构复合成的单自由度连杆式机器人腿部结构。采用解析法建立了腿... 针对四足机器人腿部机构的自由度多导致传动控制复杂,腿部转动惯量大导致运动性能差,关节驱动换向导致冲击能耗大等问题,基于机构综合设计了一种由曲柄摇杆机构、四边形机构复合成的单自由度连杆式机器人腿部结构。采用解析法建立了腿部机构运动学模型,为实现足端迈步运动,规划了足端轨迹,并以足端轨迹运动为优化目标,建立了优化数学模型,运用MATLAB优化得到了腿部机构尺寸。在ADAMS软件中建立了机器人虚拟样机模型,采用对角步态仿真了机器人运动特性,验证了腿部机构设计的可行性。 展开更多
关键词 四足机器人 单自由度 腿部机构 优化设计 仿真分析
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基于遗传算法的四足机器人腿部八杆机构优化设计
8
作者 申会鹏 韩春阳 +3 位作者 李春光 郭家宝 韦留建 张旭鹏 《机电工程》 2025年第9期1747-1758,共12页
针对四足机器人运动性能与能量效率优化的问题,创新性地设计了一种八连杆腿部机构,并对其开展了系统的建模分析与优化研究。首先,基于经典机构运动学和拉格朗日动力学理论体系,构建了该腿部机构的运动学与动力学模型,为后续的结构优化... 针对四足机器人运动性能与能量效率优化的问题,创新性地设计了一种八连杆腿部机构,并对其开展了系统的建模分析与优化研究。首先,基于经典机构运动学和拉格朗日动力学理论体系,构建了该腿部机构的运动学与动力学模型,为后续的结构优化设计提供了坚实的理论依据;同时,借助ADAMS多体动力学仿真平台,对理论模型进行了数值仿真与验证,通过对比仿真结果与理论计算结果,确保了模型的高置信度和可靠性;然后,基于多目标优化理论,建立了以单周期能量消耗最小化和足端工作空间最大化为目标的数学模型,并采用改进的遗传算法对机构的尺寸参数进行了优化设计,通过构建Pareto最优解集,深入探究了杆件结构参数与运动性能指标、能量效率之间的映射关系;最后,利用数值仿真实验平台,对优化前后的机构性能进行了量化评估与对比分析。研究结果表明:优化设计方案显著提升了机构的运动性能与能效特性,在单目标优化模式下,足端工作空间扩展率达4.70%,同时单周期能量消耗降低了33.27%;在多目标优化方案中,足端工作空间提升了2.30%,且能量消耗减少了20.80%;这些数据验证了该优化方法的有效性。该成果可为新型四足机器人腿部机构的设计优化提供理论支撑,也可为高性能腿式机器人的开发积累工程实践经验。 展开更多
关键词 四足机器人 八连杆腿部机构 足端最大工作空间 结构设计 尺寸优化 动力学分析 运动学分析
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六足农业机器人并联腿构型分析与结构参数设计 被引量：39
9
作者 荣誉 金振林 崔冰艳 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第15期9-14,共6页
为拓展六足机器人在农业领域的应用,将并联机构用于六足机器人的腿部结构,从而使其可以用于山地、林地、丘陵等环境的农业运输、种植、采摘等。首先,对六足机器人并联腿部机构进行了构型分析,选择2-UPS+UP机构作为腿部的初步机构原型;其... 为拓展六足机器人在农业领域的应用,将并联机构用于六足机器人的腿部结构,从而使其可以用于山地、林地、丘陵等环境的农业运输、种植、采摘等。首先,对六足机器人并联腿部机构进行了构型分析,选择2-UPS+UP机构作为腿部的初步机构原型;其次,依据螺旋理论,对2-UPS+UP机构进行了转动解耦性优化和变异,提出了一种转动解耦的UPR+UPS+UP机构;之后,通过对该机构进行运动学分析,建立了该机构位置逆解模型与速度映射方程;最后,对UPR+UPS+UP机构的工作空间进行了分析,绘制了工作空间三维图,通过分析设计参数对工作空间的影响,确定了一组性能较好的结构参数,该研究为并联腿部机构农业六足机器人的进一步研究提供了参考。 展开更多
关键词 农业 机器人 运动学 并联腿部机构 工作空间 构型分析
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八足机器人行走机构设计及其运动学分析 被引量：6
10
作者 宋献章 邵千钧 +1 位作者 梁冬泰 梁丹 《机电工程》 CAS 北大核心 2019年第10期1069-1074,共6页
针对多足机器人在变地形环境下快速行走的问题,对多足机器人的腿部机构与运动模式进行了研究,设计了两种机器人腿部行走机构,即六连杆腿部机构与齿轮传动腿部机构,并基于这两种腿部行走机构组合了一种八足机器人。首先,对八足机器人各... 针对多足机器人在变地形环境下快速行走的问题,对多足机器人的腿部机构与运动模式进行了研究,设计了两种机器人腿部行走机构,即六连杆腿部机构与齿轮传动腿部机构,并基于这两种腿部行走机构组合了一种八足机器人。首先,对八足机器人各腿部行走机构和整体结构进行了设计分析,根据各腿部机构选择适用步态进行了研究,即前后连杆腿的对角步态与中部齿轮腿的单线直行步态;然后,研究了机器人的两种不同腿结构的行走性能,对其进行了运动学分析;最后,整体分析了机器人对角步态和越阶梯两种运动模式,并通过ADAMS软件对机器人两种运动模式进行了运动仿真,将后处理曲线与运动分析进行了对比。研究结果表明:机器人行走具有稳定性,两种运动模式具有可行性。 展开更多
关键词 腿部行走机构 八足机器人 运动仿真 稳定性
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