新型四足机器人步态仿真与实现
《一种新型四足仿生机器人性能分析与仿真》范文
《一种新型四足仿生机器人性能分析与仿真》篇一一、引言随着科技的不断发展，机器人技术已经广泛应用于各个领域，其中仿生机器人因其独特的运动方式和良好的适应性，受到了广泛关注。
本文将介绍一种新型四足仿生机器人的性能分析与仿真。
首先，我们将从机器人的结构设计、运动原理和动力学分析等方面进行详细的介绍。
然后，我们将通过仿真实验，对该机器人的运动性能、负载能力和环境适应性进行分析。
最后，我们将对仿真的结果进行总结，并对未来的研究方向提出展望。
二、结构设计及运动原理新型四足仿生机器人采用四足结构，每只足由多个关节和驱动器组成，以实现灵活的运动。
其结构包括机身、驱动系统、传感器系统和控制系统等部分。
机身设计轻巧且坚固，便于携带和运输。
驱动系统采用电机驱动，配合高精度齿轮和传动机构，实现精确的运动控制。
传感器系统包括位置传感器、力传感器和视觉传感器等，用于感知环境信息和机器人状态。
控制系统采用先进的算法和控制策略，实现机器人的自主运动和协调控制。
在运动原理方面，四足仿生机器人借鉴了生物的步态和运动方式，通过控制各关节的协调运动，实现稳定的行走和运动。
同时，机器人还具有越障能力，能够在不平坦的地形上行走。
三、动力学分析动力学分析是评估机器人性能的重要手段之一。
本部分将对新型四足仿生机器人的动力学特性进行分析。
首先，我们将建立机器人的动力学模型，包括机械结构、驱动系统和控制系统等部分的数学描述。
然后，我们将利用仿真软件对机器人的运动过程进行模拟和分析，包括静态和动态分析。
最后，我们将根据仿真结果，评估机器人的运动性能、负载能力和环境适应性等指标。
四、仿真实验与分析为了验证新型四足仿生机器人的性能，我们进行了仿真实验。
首先，我们建立了仿真环境，包括地形、障碍物和传感器等部分的模拟。
然后，我们设定了多种场景和任务，如行走、越障、负载等。
在仿真过程中，我们记录了机器人的运动轨迹、速度、负载等信息，并对其进行了分析。
仿真结果表明，新型四足仿生机器人在各种场景下均表现出良好的运动性能和负载能力。
仿生四足机器人步态规划与仿真研究
仿生四足机器人步态规划与仿真研究1. 引言1.1 研究背景仿生四足机器人是一种模仿动物四足行走方式的机器人，具有良好的稳定性和适应性，被广泛用于恢复性医疗、紧急救援、军事作战等领域。
随着人工智能和机器人技术的不断发展，仿生四足机器人的研究也变得越来越重要。
在仿生四足机器人的步态规划和仿真研究中，如何设计出稳定且高效的行走模式成为研究的重点之一。
近年来，随着计算机仿真技术的不断进步，仿生四足机器人的步态规划和仿真研究取得了一系列重要进展。
通过计算机模拟仿生四足机器人的步态和动作，研究人员可以更好地了解机器人行走时的力学特性和运动规律，为机器人的控制和优化提供有力支持。
本文将对仿生四足机器人步态规划与仿真研究进行深入探讨，旨在为仿生四足机器人的设计与控制提供理论支持和实验基础。
通过对步态规划算法、仿真模型建立、实验结果分析以及研究展望和应用前景的讨论，将全面展示仿生四足机器人的发展现状和未来发展方向，为相关领域的研究工作提供有益参考。
1.2 研究目的研究目的是为了解决传统固定步态规划方法在应对复杂环境和不确定性时存在的不足之处，提高仿生四足机器人的运动稳定性和适应性。
通过研究仿生四足机器人的步态规划算法，探索其在不同地形和工作条件下的运动模式，为其设计提供更加智能和高效的运动策略。
通过建立仿真模型，验证步态规划算法的有效性，并进一步探索优化算法。
研究将通过实验结果来验证仿生四足机器人步态规划算法的可行性和有效性，为进一步开发基于仿生原理的机器人提供参考和借鉴。
通过深入研究仿生四足机器人的步态规划与仿真，探讨未来在智能机器人领域的发展方向和挑战，为该领域的研究提供新的思路和方法。
1.3 研究意义仿生四足机器人的研究意义主要体现在以下几个方面：1. 提高机器人的稳定性和适应性：仿生四足机器人可以模仿动物在不同地形上行走的方式，通过合理的步态规划算法，可以使机器人在复杂环境中保持稳定，提高其适应性和灵活性。
《一种新型四足仿生机器人性能分析与仿真》
《一种新型四足仿生机器人性能分析与仿真》篇一一、引言随着科技的不断发展，机器人技术已经逐渐渗透到各个领域，其中仿生机器人因其独特的运动方式和优越的适应性，在科研和工业应用中备受关注。
本文将针对一种新型四足仿生机器人进行性能分析与仿真，探讨其在实际应用中的优势和潜力。
二、新型四足仿生机器人概述该新型四足仿生机器人以生物仿生学为基础，采用先进的机械设计、控制技术和传感器技术，实现了四足运动的灵活性和稳定性。
其结构包括机械本体、控制系统、传感器系统等部分，具有较高的运动性能和适应性。
三、性能分析1. 运动性能分析该四足仿生机器人采用先进的运动控制算法，实现了四足协调运动。
在复杂地形环境下，机器人能够通过调整步态和姿态，实现稳定的行走和运动。
同时，其运动速度和负载能力也得到了显著提升，具有较高的工作效率。
2. 适应性分析该机器人采用模块化设计，可根据不同应用场景进行定制化设计。
同时，其传感器系统能够实时感知环境信息，实现自主导航和避障功能。
因此，该四足仿生机器人具有较强的环境适应能力和任务执行能力。
3. 能量效率分析该机器人在设计过程中充分考虑了能量效率问题。
通过优化机械结构和控制算法，实现了较低的能耗和较高的工作效率。
同时，其电池系统也具有较长的续航能力，能够满足长时间作业的需求。
四、仿真实验为了验证该新型四足仿生机器人的性能，我们进行了仿真实验。
仿真实验中，我们设置了不同的地形环境和任务场景，对机器人的运动性能、适应性和能量效率进行了测试。
实验结果表明，该机器人在各种环境下均能实现稳定的运动和任务执行，具有较高的性能表现。
五、结论该新型四足仿生机器人在运动性能、适应性和能量效率等方面均表现出优越的性能。
其四足协调运动和稳定行走的能力使其在复杂地形环境下具有较高的工作效率和任务执行能力。
同时，其模块化设计和传感器系统也使其具有较强的环境适应能力和自主导航能力。
因此，该四足仿生机器人在科研、工业和军事等领域具有广泛的应用前景。
《2024年一种新型四足仿生机器人性能分析与仿真》范文
《一种新型四足仿生机器人性能分析与仿真》篇一一、引言随着科技的不断发展，机器人技术已经逐渐渗透到各个领域，其中仿生机器人技术更是备受关注。
四足仿生机器人作为仿生机器人领域的一种重要形式，其具有较高的稳定性和灵活性，在各种复杂环境中都能表现出良好的适应性。
本文将介绍一种新型四足仿生机器人的设计与实现，并对其性能进行详细的分析与仿真。
二、新型四足仿生机器人设计本款新型四足仿生机器人设计基于现代机械设计理念和仿生学原理，以实现高稳定性和高灵活性的运动为目标。
该机器人主要由四个模块组成：电机驱动模块、传感器模块、控制模块和机械结构模块。
其中，电机驱动模块负责提供动力，传感器模块用于获取环境信息并反馈给控制模块，控制模块负责处理信息并发出指令，机械结构模块则是机器人的主体部分，采用四足仿生结构。
三、性能分析1. 运动性能分析该新型四足仿生机器人具有较高的运动性能。
其四足结构使得机器人在各种复杂地形中都能保持稳定，同时通过电机驱动模块的精确控制，可以实现快速、灵活的运动。
此外，传感器模块的加入使得机器人能够根据环境变化进行实时调整，进一步提高其运动性能。
2. 负载能力分析该机器人的负载能力较强，可以携带一定的物品进行移动。
同时，其四足结构使得在负载情况下仍能保持较好的稳定性，降低了因负载导致机器人倾覆的风险。
3. 能源效率分析该机器人的能源效率较高。
采用高效电机和合理的机械结构设计，使得机器人在运动过程中能够最大限度地利用能源，降低能耗。
此外，通过优化控制算法，进一步提高能源利用效率。
4. 环境适应性分析该新型四足仿生机器人具有较强的环境适应性。
无论是平原、山地还是其他复杂地形，该机器人都能保持较高的稳定性和灵活性。
同时，传感器模块的加入使得机器人能够根据环境变化进行实时调整，进一步提高其环境适应性。
四、仿真实验为了验证该新型四足仿生机器人的性能，我们进行了仿真实验。
通过建立虚拟环境，模拟机器人在各种地形中的运动情况，以及在不同负载和环境条件下的表现。
《2024年一种新型四足仿生机器人性能分析与仿真》范文
《一种新型四足仿生机器人性能分析与仿真》篇一一、引言四足仿生机器人是一种高度模拟自然界生物运动的机器人技术。
这种机器人在执行复杂任务、应对各种复杂环境方面表现优异，因此在许多领域中都有着广泛的应用前景。
本文旨在详细分析一种新型四足仿生机器人的性能，并通过仿真验证其运动性能与效率。
二、新型四足仿生机器人设计与技术概述本研究所涉及的四足仿生机器人设计以高度模仿生物运动特性为核心理念，其结构主要由驱动系统、控制系统、传感器系统等部分组成。
驱动系统采用先进的电机与传动装置，实现高效的动力输出；控制系统则采用先进的算法，实现对机器人运动的精确控制；传感器系统则负责获取环境信息，为机器人提供决策依据。
三、性能分析1. 运动性能分析本机器人采用四足步态，具有优秀的地形适应性。
在仿真环境中，机器人能够在平坦地面、斜坡、楼梯等不同地形上稳定行走。
此外，机器人还具有较高的运动速度和负载能力，能够满足多种应用场景的需求。
2. 动力学性能分析本机器人的动力学性能主要体现在其运动的稳定性和能量消耗方面。
通过仿真分析，发现机器人在行走过程中能够保持较高的动态稳定性，即使在不平整的地面上也能快速恢复稳定状态。
此外，本机器人的能量消耗较低，具有良好的节能性能。
3. 仿生性能分析本机器人高度模仿生物运动特性，具有良好的仿生性能。
在仿真环境中，机器人的步态与真实生物的步态高度相似，实现了在各种环境下的灵活运动。
此外，本机器人的结构设计与生物肌肉系统相类似，为进一步实现更高级的仿生运动提供了可能。
四、仿真验证为了验证新型四足仿生机器人的性能，我们进行了大量的仿真实验。
在仿真环境中，机器人能够顺利完成各种任务，如越障、爬坡等。
通过对比不同地形下的运动数据，我们发现机器人在各种地形上的运动性能均表现出色，具有较高的稳定性和速度。
此外，我们还对机器人的能量消耗进行了分析，发现其在实际应用中具有较低的能耗，进一步验证了其良好的节能性能。
五、结论通过对一种新型四足仿生机器人的性能分析与仿真验证，我们发现该机器人具有优秀的运动性能、动力学性能和仿生性能。
仿生四足机器人步态规划与仿真研究
仿生四足机器人步态规划与仿真研究摘要：机器人的仿生学研究可以使机器人更具有生物特征，走向更自然、智能化的方向。
本文以四足机器人为例，探讨了步态规划与仿真研究的方法。
首先介绍了四足机器人步态的基本形式，然后分析了步态的运动学和动力学特征。
接着，提出了一种基于遗传算法的步态规划方法，并通过仿真实验展示了该方法的优越性。
引言仿生学是一门研究生物学智慧，将其应用于机器人技术中，使机器人更具有生物特征的学科。
仿生学研究可以提高机器人的移动性能、环境适应性和自主控制等方面，进一步推动机器人技术的发展。
其中，步态规划是四足机器人研究中的关键问题之一。
如何使四足机器人的步态更加自然、高效，成为研究的重点。
本文以四足机器人为例，综合运用遗传算法等方法，探讨了步态规划与仿真研究的方法及其实现。
一、四足机器人步态的基本形式四足机器人通常采用三种步态：慢步态、快步态和跑步态。
慢步态是指四足机器人在缓慢行走时的步态，步幅小、稳定性高；快步态是指四足机器人在相对高速行走时的步态，步幅较大，能够应对复杂环境；跑步态是指四足机器人在快速奔跑时的步态，能够快速、稳定地通过复杂地形。
四足机器人的步态可以分为从一个支撑阶段到下一个支撑阶段的过渡过程和支撑阶段两个部分。
其基本形式如下：图1 四足机器人步态示意图其中，1、2、3、4分别为机器人的四只脚，S1、S2、S3、S4分别为四只脚的支撑状态，T为过渡状态。
二、步态运动学和动力学特征分析四足机器人的步态规划必须遵循其运动学和动力学特征。
具体分析如下：1. 步态运动学特征四足机器人的步态运动学特征主要有步幅、步频和支撑相位等。
步幅是机器人在一次步态过程中从一支撑脚到另一支撑脚的水平距离；步频是机器人在一分钟内完成的步态次数；支撑相位是机器人各腿相对支撑状态的时间差。
四足机器人的步态动力学特征主要包括质心加速度、质心高度和地面反作用力等。
质心加速度是机器人在步态过程中质心的加速度；质心高度是机器人在步态过程中质心的高度变化；地面反作用力是机器人与地面的接触力，直接影响机器人的稳定性。
《2024年一种新型四足仿生机器人性能分析与仿真》范文
《一种新型四足仿生机器人性能分析与仿真》篇一一、引言随着科技的不断发展，机器人技术已经逐渐渗透到各个领域，其中仿生机器人因其独特的运动方式和良好的环境适应性，成为了研究的热点。
本文将针对一种新型四足仿生机器人进行性能分析与仿真，旨在深入探讨其运动性能、环境适应性以及控制策略等方面。
二、新型四足仿生机器人结构特点该新型四足仿生机器人采用模块化设计，主要包含四个腿部模块、驱动模块、控制模块以及电源模块等。
腿部模块采用仿生学原理，借鉴生物体的肌肉和骨骼结构，实现高效率的步态规划与执行。
同时，驱动模块采用先进的电机与传动系统，确保机器人具有良好的运动性能。
三、性能分析1. 运动性能分析该四足仿生机器人具有良好的运动性能，能够在复杂地形中实现稳定的行走。
通过仿生学原理，机器人的腿部模块能够模拟生物的行走动作，包括前后行进、侧向行进、爬坡以及跨越障碍等。
同时，通过调整腿部运动的速度与力量，机器人还可以适应不同的工作环境。
2. 环境适应性分析由于四足仿生机器人具备强大的移动能力和复杂的姿态调整功能，因此其环境适应性较强。
在平坦路面、崎岖山地、泥泞沼泽等复杂环境中，机器人均能实现稳定的行走和作业。
此外，该机器人还具有一定的越障能力，能够跨越一定高度的障碍物。
3. 负载能力分析该四足仿生机器人具有良好的负载能力，能够在保持自身稳定的同时，携带一定的重物进行作业。
同时，由于采用了先进的电机与传动系统，使得机器人在保持高效能的同时，还具备较长的使用寿命。
四、仿真研究为了验证新型四足仿生机器人的性能表现，我们采用虚拟仿真技术进行仿真研究。
首先，建立机器人的三维模型，并设置相应的物理参数和运动约束。
然后，在仿真环境中模拟各种复杂地形和障碍物，对机器人的运动性能和环境适应性进行测试。
最后，通过分析仿真结果，验证了该四足仿生机器人在实际工作环境中的可行性。
五、结论通过对新型四足仿生机器人的性能分析与仿真研究，我们发现该机器人具有较高的运动性能、良好的环境适应性和较强的负载能力。
《一种新型四足仿生机器人性能分析与仿真》范文
《一种新型四足仿生机器人性能分析与仿真》篇一一、引言四足仿生机器人是一种以生物仿生学为原理，模拟四足动物运动特性的机器人。
近年来，随着科技的发展和仿生技术的进步，四足仿生机器人在各种复杂环境中表现出了出色的适应性和稳定性。
本文旨在分析一种新型四足仿生机器人的性能，并对其仿真结果进行详细阐述。
二、新型四足仿生机器人设计与构造该新型四足仿生机器人采用模块化设计，主要由驱动系统、控制系统、传感器系统、机体结构等部分组成。
其中，驱动系统采用高性能电机和减速器，以实现高效的动力传输；控制系统采用先进的控制算法，实现机器人的稳定运动；传感器系统包括多种传感器，用于实时监测机器人的状态和环境信息；机体结构采用轻质材料，以降低机器人的重量和提高运动灵活性。
三、性能分析1. 运动性能：该新型四足仿生机器人具有出色的运动性能，能够在复杂地形中实现稳定的步行、奔跑、爬坡等运动。
其运动性能主要得益于高精度的驱动系统和先进的控制算法。
2. 负载能力：机器人具有较高的负载能力，能够携带一定重量的物品进行运动。
这主要得益于其坚固的机体结构和高效的驱动系统。
3. 适应性：该机器人具有较强的环境适应性，能够在室内外、平原、山地等不同环境中进行运动。
其传感器系统能够实时感知环境信息，帮助机器人做出正确的决策。
4. 能量效率：机器人采用高效电机和节能控制算法，具有较高的能量利用效率。
这有助于延长机器人的工作时间和降低能耗。
四、仿真分析为了验证该新型四足仿生机器人的性能，我们进行了仿真分析。
仿真结果表明，该机器人在各种复杂地形中均能实现稳定的运动，且运动性能优于传统机器人。
同时，机器人的负载能力和环境适应性也得到了充分验证。
此外，我们还对机器人的能量消耗进行了分析，发现其能量利用效率较高，符合预期设计目标。
五、结论通过对一种新型四足仿生机器人的性能分析与仿真，我们可以得出以下结论：1. 该机器人具有出色的运动性能、负载能力和环境适应性，能够在各种复杂环境中实现稳定的运动。
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M ac hine B uildingA uto mation,Jun 2008,37(3):21～23,33作者简介:马东兴(1982— ),男,江苏省丹阳市人,在读硕士研究生,主要从事虚拟样机和四足机器人技术研究。
新型四足机器人步态仿真与实现马东兴,王延华,岳林(南京航空航天大学机电学院,江苏南京210016)摘 要:研究一种背部带关节的新型四足机器人,通过三维建模软件Pr o /E 和机械系统动力学仿真分析软件ADAMS 建立了四足机器人虚拟样机,规划了四足机器人的步态,并且利用AD 2AM S 仿真软件对该四足机器人进行了步态仿真,同时利用单个AT89C52单片机成功实现对四足机器人5个舵机的独立控制以及舵机的速度控制。
仿真与实验结果表明四足机器人能够根据设计步态实现直线行走。
关键词:四足机器人;步态仿真;舵机;单片机中图分类号:TP24 文献标识码:A 文章编号:167125276(2008)0320021203Ga it S i m ul a ti on and I m plem en t a ti on of a New Quadruped RobotMA Dong 2xing,WANG Yan 2hua,Y UE L in(Co ll ege o f M echan i ca l and E l ec tri ca l Eng i nee ri ng,N a n ji ng U n i ve rs ity o f Ae r o na u ti c s &A s tr o na u ti c s,N a n ji ng 210016,C h i na )Abstract:A new qua drup e d r obo t w ith w a ist 2j o i nt is d iscu sse d i n this p ap e r .The virtua l p r o t o type o f quad rup ed r obo t is c re a te d byP r o /E a nd ADAM S a nd the ga it o f the r obo t is p l a nne d.The ga it s i m ul a ti o n of the qua drupe d r o bo t is do ne by ADAM S virtua lp r o t o ty 2p i ng so ft w a re.M e a nw hil e ,w e succe s sfull y con tr o l fi ve rudde r se rvo s by a s i ngl e AT89C52SCM a nd a lso rea li ze the ve l o c ity co ntr o l of the rudde r se rvo.The s i m ul a ti o n a nd e xp e ri m e nta l re sults show tha t the qua drup e d r o t w ith w a is t 2j o i n t ca n w a l k s tra i ght s te a dil y thr ough the de s i gned ga it .Key words:qua drup e d r obo t;ga it s i m ul a ti o n;rudde r se rvo;SCM0 引言与轮式机器人或履带式机器人相比,由于足式机器人的立足点是离散的点,可以在可能到达的地面上选择最优的支撑点,足式机器人对崎岖路面也具有很好的适应能力,因此足式机器人受到各国研究人员的普遍重视,目前已成功开发了多款足式机器人。
例如日本东京工业大学研发的TI T AN 2V III [1]机器人,每个腿具有3个自由度,其中大腿关节具有前后转动和上下转动2个自由度,膝关节具有1个上下转动自由度。
采用新型的电机驱动和绳传动。
上海交通大学马培荪等人研制的JT UWM 2III 四足机器人[2,3],腿为开链式关节型结构,膝关节为一纵摇自由度,髋关节为纵摇和横摇2个自由度。
每一腿有3个自由度,共12个自由度。
机体重心较高,与哺乳类动物相似,适应于动态行走。
华中科技大学研发的“4+2”多足步行机器人[4,5],其腿部件由髖关节、大腿关节、小腿关节和踝关节四部分组成,大、小腿关节之间由线轮传动,每一腿有3个自由度。
但是先前研制的机器人的本体大多是一个刚性整体,没有考虑机器人的背部关节。
因此,在分析卡内基梅隆大学(Carnegie Mell on Uni 2versity )研制的RGR 仿壁虎机器人[628],以及韩国庆北大学(Kyungpook Nati onal University )设计的E L I RO 2II 四足步行机器人的基础上[9,10],研究了一种新型四足机器人。
该机器人与传统的足式机器人相比,其机器人本体不再是一个单一的刚性整体,而是在本体上用一个主动关节将机器人的本体分为前后两个部分,通过背部主动关节的运动来实现四足机器人的直线行走。
通过机械系统动力学仿真分析软件(aut omatic dynam ic analysis of mechanical sys 2te m s,ADAMS )对该四足机器人虚拟样机进行步态仿真,同时利用单个AT89C52单片机成功实现对四足机器人5个舵机的独立控制以及舵机的速度变化,四足机器人的直线行走平均速度达到12.14mm /s 。
1 四足机器人虚拟样机1.1 四足机器人结构传统的四足机器人每个腿有2个或3个自由度,本文研究的四足机器人结构简单,每个腿只有1个自由度,但是在机器人背部增加了1个自由度。
四足机器人的结构如图1所示。
该四足机器人有5个主动关节(图中关节1至关节5)和1个被动关节(6点),各关节的运动方向如图1所示。
主动关节由舵机驱动。
z 轴正方向为四足机器人前进方向。
关节1至关节4四个主动关节可以使各腿在xoy 平面上下摆动。
关节5可以使前后本体在xoz 平面转动。
1.2 四足机器人接触力当足与地面之间发生接触时,这两个物体就在接触的・12・htt p:∥ZZHD.chinaj ournal .net .cn E 2mail:ZZHD@chainaj ournal .net .cn 《机械制造与自动化》图1 四足机器人结构简图位置产生接触力。
足与地面的接触力是一种特殊的力,它们之间是一种时断时续的接触,在这种情况下,足与地面从不接触到接触再到不接触,由于存在相对运动,在接触的位置,足与地面开始出现材料压缩,物体的动能转化成材料的压缩势能,并伴随着能量的损失。
当足与地面的相对速度为零时,足又要开始弹起,势能转化成动能,并伴随着能量的损失。
在ADAMS 软件中有两种计算接触力的方法[11],一种是补偿法(restituti on ),另一种是冲击函数法(i m pact )。
补偿法:接触力根据给出的惩罚参数和归还系数进行计算,其中惩罚系数用来模拟单边约束,归还系数用来控制碰撞时能量的扩散。
冲击函数法:计算碰撞力时,调用ADAM S 函数库中的i m pact 函数来计算相互碰撞的两个物体之间的接触力。
接触力由两个部分组成,一个是由于两个物体之间的相互切入而产生的弹性力,另一个是由相对速度产生的阻尼力。
所以,补偿法适于多次碰撞,而冲击函数法适于单侧碰撞。
四足机器人虚拟样机中,足与地面的碰撞是单侧碰撞,因此选用冲击函数法(i m pact )。
而摩擦力取为库伦摩擦力,接触力的各参数如表1所示。
表1 接触力参数设置接触力参数名称数值大小静态摩擦系数0.8动态摩擦系数0.7刚度/(N /mm )2855力的非线性2.2最大阻尼系/(N ・sec /mm )10最大阻尼时变形深度/mm 0.1摩擦转换速度/(mm /s )10粘质转换速度/(mm /s )0.1 由于ADAMS 软件的建模功能有限,通过功能强大的建模软件Pr o /E 创建四足机器人的三维实体模型,再通过MD I 公司开发的无缝连接Pr o /E 软件与ADAM S 软件间的接口模块M echanis m /Pr o 将模型导入到ADAMS 中添加约束和驱动。
根据机器人的实际运动情况,在腿与本体之间分别添加旋转副(revolute j oint )约束,并且在各腿与地面之间利用实体与实体(s olid t o s olid )接触形式创建了四个接触(contact )。
其虚拟样机如图2所示。
四足机器人基本参数为:长130mm,宽105mm,高65mm,质量约50g。
图2 四足机器人的虚拟样机2 步态原理与仿真对于足式机器人来说,其稳定性主要取决于步态。
步态是步行机器人的一种迈步方式,是步行机器人各腿协调运行的规律,即各腿的抬腿和放腿顺序。
占空系数β是指机器人腿处于支撑状态的时间与一个步态周期的比。
四足动物存在成千上万种步态,而目前比较常见的步态主要有爬行步态(cra wling gait )、对角小跑步态(tr otting gait )、溜蹄步态(pacing gait )、跳跃步态(bounding gait )等。
利用虚拟仿真软件ADAMS 自带的Step 函数规划出四足机器人5个主动关节的驱动函数MOTI O N _1～M I TI O N _5,step 函数利用三次多项式逼近海赛(Heaviside )阶跃函数[5](图3)。
该步态是处于对角线上的两腿先后抬起9°,再同时放下,设置仿真步长为0.1s,仿真8.7s。
图3 四足机器人关节驱动函数四足机器人的行走过程如图4所示。
图4(a )为四足机器人起始状态;图4(b )为四足机器人前左足1与后右足4处于支撑相,关节5正向旋转27°;图4(c )为四足机器人前右足2与后左足3处于支撑相,关节5反向旋转54°;图4(d )为四足机器人前左足1与后右足4处于支撑相,关节5正向旋转54°,此后四足机器人按照“足1—足4—足2—足3”的迈腿顺序,即图4(c )与图4(d )交替前进。
通过ADAMS 步态仿真后处理程序得到四足机器人平均速度是12191mm /s 。
・22・图4 四足机器人行走过程3 实验验证3.1 舵机主要参数及工作原理舵机主要由舵盘、直流电机、减速齿轮组、位置反馈电位计和内部控制电路组成。
本文选择的是质量仅为4.3g的BA2TS24.3型号的舵机。
其主要参数列于表2。
表2 舵机主要参数参数名称参数大小可控转角范围/(°)0～180可控脉宽范围/m s0.5～2.5堵转扭矩/(kg・c m/V)0.7/4.8;0.8/6.0空载速度/[s/(°)]0.12/60总体尺寸/mm19.6×19.6×8 舵机是一种位置伺服的驱动器,适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。