检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：孙茂琳北京建筑大学

学位级别：硕士

近年来,由于四足机器人有着非结构化地形适应能力强,结构简单,研究价值大的特点,在机器人技术领域受到了广泛的关注与研究。但是目前四足机器人在面对斜坡等非结构化地形时采用的位姿调整方法并不能很好地平衡前腿的越障性能以及稳定性... 详细信息

近年来,由于四足机器人有着非结构化地形适应能力强,结构简单,研究价值大的特点,在机器人技术领域受到了广泛的关注与研究。但是目前四足机器人在面对斜坡等非结构化地形时采用的位姿调整方法并不能很好地平衡前腿的越障性能以及稳定性要求,并且机器人足端大部分采用预设的标准化轨迹,针对越障进行设计的轨迹较少,影响了四足机器人在非结构化场景下的应用。为了提升四足机器人的实际应用能力,本研究将四足机器人在非结构化地形下的任务分为快速行走和坡面越障两个方面,建立了面向非结构化环境的四足机器人自适应控制策略。为实现上述目的,论文主要做了以下工作: (1)为了实现四足机器人的运动控制,本研究根据狗的仿生结构进行了仿生四足机器人的选型,并以此建立了坐标系,进一步推导了机器人的正运动学和逆运动学模型,并对足端的可行工作空间进行分析,展示了机器人足端的运动能力;针对四足机器人面临的间歇性欠驱动、精确动力学模型计算量大及简化模型预测精度低的问题,提出了一种基于单刚体动力学建模的模型预测控制为主体的融合了横滚角比例-微分补偿机制的控制框架,实现了低计算负荷与高运动精度的平衡;同时针对摆动腿的准确控制,本研究设计了带有前馈的虚拟模型控制算法,提升了虚拟模型控制算法消除稳态误差的能力。另外,本研究以腿部的触地状态作为切换摆动状态的标志位,提出了一种基于触地检测的步态时序规划方法,根据四足机器人四条腿的不同触地情况结合步态的相位控制,对机器人的步态时序进行规划,确保了四足机器人在非结构化地形中行走时的稳定性与步态连续性; (2)为了解决四足机器人在非结构化坡面上稳定和越障性能的平衡问题,本研究提出了一种基于坡面运动性能优化的位姿自适应调整策略:首先对非结构化地形进行估计,接着分析机器人可行工作空间与足端运动能力之间的关联,然后根据四足机器人在非结构化地形下的稳定性及足端运动性能,建立以机器人质心位移与俯仰角为参数的四足机器人的位姿优化多目标函数并通过海洋捕食者算法进行优化求解,得到最优位姿参数并对四足机器人位姿进行调整; (3)为了确保机器人在动态平衡的过程中实现高效的运动,本研究在不同任务需求下对足端轨迹进行分析规划。针对行走任务,本研究以五次多项式生成法规划trot步态的轨迹,减小了足端与地面的冲击,提升了稳定性;针对越障任务,本研究计算四足机器人腿可行工作空间的最远可行距离和最大跨越高度,并以此构建了自适应矩形轨迹,在符合稳定性要求的前提下,提升了四足机器人的越障能力,实现了四足机器人在越障任务下的运动要求; 最后,本文设计了matlab与webots的联合仿真,对所建立的运动学、控制系统、位姿调整方法以及步态生成方法进行仿真验证,证明了本文所设计的四足机器人控制方法的有效性。

关键词：四足机器人位姿优化足端轨迹规划海洋捕食者算法非结构化地形

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基于层次分析-模糊综合评价法的深海采矿车通行性评估

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中国造船 2024年第3期65卷 135-149页

作者：卢昌宇杨建民陈启航上海交通大学船舶与海洋工程国家重点实验室上海200240 上海交通大学三亚崖州湾深海科技研究院三亚572024

采矿车在海底非结构化地形的安全通行对深海矿产资源开发具有重要意义。论文基于富钴结壳矿区的环境、地形及地质等特征确定了影响深海采矿车通行性的主要因素,提出融合层次分析-模糊综合评价(AHPFCE)法的通行性评估方法。建立了包括底... 详细信息

采矿车在海底非结构化地形的安全通行对深海矿产资源开发具有重要意义。论文基于富钴结壳矿区的环境、地形及地质等特征确定了影响深海采矿车通行性的主要因素,提出融合层次分析-模糊综合评价(AHPFCE)法的通行性评估方法。建立了包括底质特征、微地形特征和其它海洋环境因素以及9个相关指标的影响通行性的层次评估模型;根据层次分析和专家评价确定各指标的权重因子,并利用模糊综合评价法得到隶属度矩阵;建立基于AHP-FCE法的综合通行性评估方法。结果表明,该方法能评估深海采矿车在模拟矿区的通行性,验证了AHP-FCE评估方法的可行性。

关键词：层次分析-模糊综合评价法深海采矿车复杂海底矿区非结构化地形通行性评估

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六足机器人HITCR-Ⅰ的研制及步行实验

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华南理工大学学报（自然科学版） 2012年第12期40卷 17-23页

作者：赵杰张赫刘玉斌陈甫哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室黑龙江哈尔滨150080

针对六足机器人的非结构化地形步行问题,研制了小型六足机器人HITCR-Ⅰ.设计了基于复合四连杆机构的腿部结构,使其具备全方位的运动能力.为了进一步提高机器人的运动性能,构建了描述六足机器人整体灵活度的表达式,并依据表达式进行了结... 详细信息

针对六足机器人的非结构化地形步行问题,研制了小型六足机器人HITCR-Ⅰ.设计了基于复合四连杆机构的腿部结构,使其具备全方位的运动能力.为了进一步提高机器人的运动性能,构建了描述六足机器人整体灵活度的表达式,并依据表达式进行了结构优化设计.基于"行为"和"功能"的思想对控制目标进行规划,设计了基于"功能-行为"控制体系构架的运动控制器,结合适应非结构化地形腿部运动轨迹的规划和基于局部规则的自由步态生成,实现了非结构化地形六足机器人有效且稳定的步行.最后通过实验验证了六足机器人系统HITCR-I非结构化地形的步行能力.

关键词：六足机器人控制体系结构非结构化地形自由步态轨迹规划

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面向复杂非结构地形全液压轮式越野平台——据吉林大学刘昕晖教授报告录音整理

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液压气动与密封 2020年第7期40卷 103-104页

作者：张婷婷不详

概述面向复杂非结构化环境的运动载体技术一直是车辆领域研究的热点问题之一。在复杂的非结构化地形运行环境下,要求车辆行驶系统需要具备良好的机动性、强大的环境适应能力和快速的反应能力。车辆行驶系统可分为若干种类。按照行驶机... 详细信息

概述面向复杂非结构化环境的运动载体技术一直是车辆领域研究的热点问题之一。在复杂的非结构化地形运行环境下,要求车辆行驶系统需要具备良好的机动性、强大的环境适应能力和快速的反应能力。车辆行驶系统可分为若干种类。按照行驶机构的运动方式可分为:腿式、履带式、轮式以及复合方式等。

关键词：非结构化环境复合方式非结构化地形运动载体全液压环境适应能力吉林大学履带式

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履带式被动自适应机器人的通过性研究

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制造业自动化 2022年第2期44卷 104-109页

作者：孙凌宇李庆翔刘肖雅李鑫宝李志龙河北工业大学机械工程学院天津300000

危险灾害现场是非结构化地形环境,机器人辅助救援人员快速进入灾害现场,展开救援工作。要求机器人能够自适应于地形环境,具有良好的通过性能,对现场环境进行信息采集,对履带式被动自适应机器人建立多体动力学模型,利用RecurDyn软件建立... 详细信息

危险灾害现场是非结构化地形环境,机器人辅助救援人员快速进入灾害现场,展开救援工作。要求机器人能够自适应于地形环境,具有良好的通过性能,对现场环境进行信息采集,对履带式被动自适应机器人建立多体动力学模型,利用RecurDyn软件建立整体机器人的几何模型,确定仿真参数为速度大小和地面参数;创建坡地、台阶和壕沟的地形模型,根据仿真参数分别对典型障碍物进行定量分析,选择机器人良好的通过性能。加工零件、组装样机,完成了履带式被动自适应机器人的样机,对坡地、台阶、壕沟和野外进行越障试验,观察越障过程,测量越障数据与仿真实验数据结果进行对比,确定机器人的通过性能并验证机械结构和参数设计的合理性。

关键词：非结构化地形机器人通过性 RecurDyn软件

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遥操作巡视探测场景实时构建与仿真研究

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计算机仿真 2021年第2期38卷 339-343页

作者：赵迪徐臻戴志鹏于丽平湖北工业大学机械工程学院湖北武汉430000

由于探测机器人运行环境常为非结构化地形,而仅依靠DEM数据构建地形其精度较粗,难以满足进行复杂场景遥操作探测时对场景构建的要求。因此提出了依据深度相机遥测数据获取实时地形障碍信息,在物理引擎中搭建仿真场景的虚拟现实遥操作方... 详细信息

由于探测机器人运行环境常为非结构化地形,而仅依靠DEM数据构建地形其精度较粗,难以满足进行复杂场景遥操作探测时对场景构建的要求。因此提出了依据深度相机遥测数据获取实时地形障碍信息,在物理引擎中搭建仿真场景的虚拟现实遥操作方案。分析了遥操作场景实时构建仿真系统的架构;提出了依据地形通行性来进行地形障碍信息显示的方案,在Unity3D中实时重构三维地形;给出了该遥操作场景仿真的应用实践,实验结果表明,上述场景仿真方法满足遥操作的通讯条件要求,使用该系统遥操作人员临场感强。

关键词：探测机器人非结构化地形虚拟现实遥操作

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闭链八杆多足机器人设计与通过性能研究

闭链八杆多足机器人设计与通过性能研究

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作者：张昊北京建筑大学

学位级别：硕士

闭链足式机器人由于驱动数量少、能耗小、整体刚度大和负载能力强等优点被看作是仿生机器人腿部构型创新的重要研究领域。本论文主要对六种闭链腿部机构的通过性能进行研究并针对其中一种含有复合铰链的八杆腿部机构进行可重构创新设计... 详细信息

闭链足式机器人由于驱动数量少、能耗小、整体刚度大和负载能力强等优点被看作是仿生机器人腿部构型创新的重要研究领域。本论文主要对六种闭链腿部机构的通过性能进行研究并针对其中一种含有复合铰链的八杆腿部机构进行可重构创新设计。提出了对闭链机构综合性能的分析方法,开展了闭链连杆机构的运动学模型构建、末端轨迹曲线求解,结合非结构化地形局部特征构建了典型仿真环境,搭建了六种八足机器人的简化模型并开展了相同工况下的整机动力学仿真试验,分析了六种闭链腿部机构的综合性能,以一种含有复合铰链的闭链八连杆机构为基础构型,设计了一种同轴驱动调整结构,实现了机器人腿部位置连续变化,丰富了闭链机器人的运动空间,并以此闭链腿部机构设计了单驱动电机四调整舵机的八足机器人模型。具体研究内容包括以下几个方面:（1）对闭环运动链进行筛选并建立了六种闭链机构的运动学模型,结合闭链机构特点和足端轨迹曲线参数分析腿部结构特性。从闭环运动链的数综合出发,分析一般运动链和简化运动链的结构特点,得到多种闭链机构,根据四杆、六杆、八杆和含复合铰链八杆的机构特性以及机器人设计需求对闭链腿部机构进行遴选,对选出的闭链机构建立运动学模型,利用MATLAB进行运动学计算,得到相应的足端轨迹曲线,分析腿部机构和轨迹曲线的腿长、跨步占比、抬腿占比、接近角离去角等静态数据。（2）搭建六种闭链机器人的动力学模型并通过典型工况仿真,分析了机器人的动力学性能。对闭链多足机器人进行模块化设计,统一多足机器人的结构特征,突出不同闭链构型对机器人性能的影响,对非结构化地形的三维特征建立随机数学模型,得到典型非结构化障碍地形,利用ADMAS进行动力学仿真,分析闭链多足机器人行走速度、电机扭矩、爬坡能力、攀爬能力等动态数据。（3）提取关键测算数据对比分析了六种闭链机器人的通过性能。从通用性和复杂性两个方面综合考虑,确定闭链多足机器人的性能评价指标,根据闭链机构的移动性能、越障性能、数学模型求解复杂性、工程实现难度等评价内容综合评选出性能较强的构型。（4）对通过性能较强的一种闭链构型进行越障概率分析及整机可重构设计,丰富了闭链机器人运动空间并完成了整机结构设计。对闭链机构可重构研究进行归纳,选择对初始机构性能影响最小的方法展开可重构设计,利用MATLAB在初始机构数学模型的基础上进行运动学计算,得到足端轨迹簇,研制基于最终构型的实验样机。

关键词：多足机器人闭链八杆机构性能分析非结构化地形

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仿生六足机器人协同控制系统研究

仿生六足机器人协同控制系统研究

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作者：罗文昊南京林业大学

学位级别：硕士

六足机器人由于具备运动灵活、适应能力强的特点,被广泛用于物资运输、灾后救援以及未知空间探索中。但机器人腿部自由度多、耦合性强的特点使其控制变得十分困难。为了解决机器人协同控制的问题,科研人员提出一种基于中枢模式发生器(Ce... 详细信息

六足机器人由于具备运动灵活、适应能力强的特点,被广泛用于物资运输、灾后救援以及未知空间探索中。但机器人腿部自由度多、耦合性强的特点使其控制变得十分困难。为了解决机器人协同控制的问题,科研人员提出一种基于中枢模式发生器(Central Pattern Generator,CPG)的控制方法,该方法通过模仿控制多足爬行动物的神经环路生成机器人的步态输出信号,具有控制结构简洁、实时性能优异以及步态输出多样化的优点。但该模型的构成单元及控制参数过多,会造成机器人输出步态不稳定以及输出效率低的问题。针对上述问题,本文仿照蚂蚁的身体结构研制了一种仿生六足机器人,建立具有双层拓扑结构的CPG控制网络,并在下层结构中通过建立关节映射函数的方法简化控制模型。随后运用遗传算法对控制模型中的幅值、角频率等参数进行优化,使模型能在1.5s内解耦并输出稳定的控制信号。最后根据机器人的行走需求对六足机器人的控制器硬件进行设计,研制了机器人样机并对机器人的不同行走步态进行了试验验证。本文的主要研究工作包括: (1)机器人结构设计以及足端工作空间分析。本文仿照蚂蚁的身体结构对六足机器人进行结构设计,随后运用D-H法对机器人进行运动学建模,验证其结构的合理性。使用插值计算法对机器人足端的工作空间进行求解,并在Matlab中进行仿真,解析机器人腿部各关节之间的坐标关系。 (2)机器人控制策略研究。本文搭建了一种基于Hopf振荡器的CPG控制模型,以实现对仿生六足机器人的控制。采用控制变量法深入探讨了Hopf振荡器中不同参数对信号输出的具体影响。结合本文设计的仿生六足机器人腿部特点,搭建具有双层拓扑结构的CPG控制网络,将不同耦合系数对信号输出的影响进行对比分析。运用遗传算法对CPG控制模型中的幅值、振荡频率、耦合系数等参数进行优化改进,减少振荡器之间的耦合时间,使控制模型能够在短时间内输出稳定的控制信号,提高机器人的控制效率。采用关节映射函数将CPG控制模型的输出信号转换为不同关节的控制信号,实现对机器人腿部的协同控制。 (3)机器人硬件开发系统设计。根据机器人的行走需求,设计了以STM32F407ZGT6作为主控芯片的硬件开发系统,并对机器人的驱动舵机、控制板、电源等硬件设备进行选型和电路设计,最后对控制软件进行设计并对不同步态函数进行封装。 (4)机器人行走步态仿真与样机试验。基于Solidworks以及Matlab/Simulink搭建六足机器人的仿真平台,对六足机器人的典型步态进行联合仿真分析。运用3D打印技术研制出仿生六足机器人样机,并在非结构化的地面上进行了试验验证。试验结果表明设计的机器人及其控制系统具有良好的可靠性以及稳定性,机器人在非结构化地面上的运动十分平稳。本文的创新点如下: (1)搭建了基于Hopf振荡器的双层拓扑式CPG控制网络模型并使用遗传算法对其中的控制参数进行了优化,使其能够在短时间内输出稳定的控制信号,通过关节映射函数将模型的输出信号转换为机器人关节角度控制信号。 (2)基于CPG控制策略,设计了基于STM32F407ZGT6的仿生六足机器人协同控制系统,使机器人能够稳定地以不同步态行走于非结构化地面。

关键词：六足机器人中枢模式发生器遗传算法协同控制非结构化地形

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仿生液压四足机器人双目视觉导航系统关键技术研究

仿生液压四足机器人双目视觉导航系统关键技术研究

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作者：朱颖北京理工大学

学位级别：硕士

随着机器人技术水平的不断提升和应用领域的不断扩展,基于机器视觉的自主导航技术成为机器人领域的研究热点之一。特别是对于那些在非结构化条件下依靠足式机构行走的四足机器人来说,如何依托机器视觉技术,满足机器人在行走过程中必须... 详细信息

随着机器人技术水平的不断提升和应用领域的不断扩展,基于机器视觉的自主导航技术成为机器人领域的研究热点之一。特别是对于那些在非结构化条件下依靠足式机构行走的四足机器人来说,如何依托机器视觉技术,满足机器人在行走过程中必须提前检测出路面障碍,实时提供三维环境信息的多项要求,以实现机器人的高精度、高速度、高可靠性、高鲁棒性自主导航,是一个值得系统研究和深入探索的难题。本课题以所在项目组研制的一款用于山地作战后勤保障的仿生液压四足机器人为应用对象,以机器人的双目视觉导航技术为研究目标,以保障该机器人在非结构化地形条件下可靠行走和稳定运行为最终需求,采用理论建模、仿真模拟、实验验证相结合的方式,开展了系统有序、深入具体的研究与探索,本文主要完成的工作如下:⑴分析仿生液压四足机器人自主导航的实际需求,依照功能合理、性能稳定的系统目标完成双目视觉系统的总体设计;根据光学成像原理,结合实际的参数要求,搭建平行配置的双目立体视觉系统硬件平台;⑵研究图像预处理算法,包括图像采集、灰度转换、平滑与锐化等,实现图像的预处理;完成对摄像机内外参数的标定,进行摄像机位姿的校正以及立体图像对的极线校正等预处理工作;⑶针对四足机器人在野外工作环境中采集的图像存在大面积灰度相近区域的现象,以及稠密匹配过程中常常存在的实时性差等问题,采用分水岭算法和模糊C均值聚类联合的方法提取图像的轮廓特征进行立体匹配,提高所得结果的抗噪性、鲁棒性和实时性;⑷针对匹配过程中存在的误匹配问题,建立区域匹配和边缘点匹配的双重约束条件以进行优化匹配,有效降低搜索空间,保证匹配的速度和精度要求,进而得到平滑的、且与场景一致的视差图;⑸研究三维重建方法,并根据平行轴双目立体视觉模型,从三角测量原理出发,推导成像平面上投影点对应的空间三维坐标计算方法,实现图像的高质量三维重建。为了证实本文所述方法的正确性与有效性,根据分析所得参数搭建相应的双目立体视觉测量系统,利用Matlab仿真软件进行了轮廓边缘、立体匹配和三维重建的相关实验。实验结果清楚表明,采用轮廓特征进行匹配因匹配点数比其他方法大为减少,匹配用时缩短了90%,又由于采用了双重匹配策略,匹配和重建的准确性也得到了明显提升。由此可见,本文提出的算法满足系统预期的设计目标,为仿生液压四足机器人在非结构化地形条件下的可靠行走和稳定运行创造了必要的条件。

关键词：仿生液压四足机器人双目立体视觉非结构化地形自主导航轮廓提取联合匹配三维重建

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基于在线地形复杂度的四足机器人虚拟模型控制优化方法

基于在线地形复杂度的四足机器人虚拟模型控制优化方法

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作者：张方方郭豪辛健斌彭金柱 450000 河南省郑州市高新区科学大道100号

本发明公开了一种基于在线地形复杂度的四足机器人虚拟模型控制优化方法，通过机器人自带的本体感知能力便可以获取到比较综合性的地形复杂度信息，同，不仅采用了基于足端运动学的简易地形信息获取，而且利用到了机器人基于质心动量反... 详细信息

标准号: CN118331070A

本发明公开了一种基于在线地形复杂度的四足机器人虚拟模型控制优化方法，通过机器人自带的本体感知能力便可以获取到比较综合性的地形复杂度信息，同，不仅采用了基于足端运动学的简易地形信息获取，而且利用到了机器人基于质心动量反馈的机身稳定性评价，使得地形复杂度获取更加具备准确性与鲁棒性，同时，基于地形复杂度估计函数的虚拟模型控制优化在支撑相进行质心干扰力补偿以及足端支撑力优化，而在摆动相进行了步态周期调整与落足点优化，能够快速的适应环境以及提升四足机器人在非结构化地形中的稳定性。

关键词：地形复杂度四足机器人控制优化虚拟模型质心机器人动量非结构化地形机身稳定性步态周期地形信息感知能力干扰力鲁棒性运动学支撑力摆动自带优化简易反馈支撑

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