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2022-09-26 20:18 百丽官方网站入口

百丽官方网站入口简介:四足机器人是如何发展起来的?

1968 年,美国 GE 公司的 Ralph Moshe 设计的用于帮助步兵在崎岖地形中携带的装置“步行卡车”[9]如图 1-1 所示。该装置通过四根相同的机械腿与身体相连,机械腿由三个旋转副组成,由三个自由度组成,可以实现脚的两个方向的旋转和一个方向的运动。机器人的整体运动是由操作人员通过控制换向阀来控制四肢的运动来实现的,液压伺服系统提供各个关节的动力,使身体姿势和腿部的复杂运动成为可能。操作过程中,主要依靠设备中的力反馈,操作者可以判断运动情况。

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百丽官方网站入口波士顿动力公司自 1992 年成立以来一直在研发机器人,并于 2005 年研发出四足机器人 Big Dog [10],如图 1-2 所示。它主要以四足哺乳动物的结构为仿生参考设计制造。它的单腿运动主要由三个旋转副和一个运动副来完成。整体结构有 12 或 16 个活动自由度。该方法主要是利用内燃机作为动力源驱动液压系统来完成的。在运动过程中,通过机载系统对机器人的姿态和环境进行检测,然后通过虚拟模型对机器人进行仿真规划,然后根据实际动力学进行机器人运动。输出,从而完成整体运动,

另外,波士顿动力在Big Dog的基础上开发了Cheetah和Little Dog[11],如图1-3、图1-4,其中Cheetah是世界上最快的机器人记录,其速度超过29英里每小时,其动力来自液压泵。其中,Little Dog用于研究动态控制、复杂地形感知和运动行为相关性的通用机器人,可根据自身特点实现在复杂地形中移动的能力。

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斯坦福大学和俄勒冈州立大学移动实验室联合研发了一款四足机器人 KOLT [12],如图 1-5 所示,其结构设计以一只大山羊为仿生物体,每条腿有 3 个自由度的运动机器人采用电磁驱动方式实现,可在平地上实现高速运行。1976年以来,日本东京工业大学先后研制出KUMO-I四足机器人、PV-II和TITIN[13]系列四足机器人等一系列机器人。其中中国 仿生机械腿,KUMO-I [14] 四足机器人看起来像蜘蛛,可以越过小障碍物。TITIN系列四足机器人最具代表性的是TITIN-VIII[15],如图1-6所示。腿由这三个旋转副驱动,实现机器的运动,具有三个自由度,行走步态多样中国 仿生机械腿,适应能力强。TITAN-XI [16]可以利用检测到的路况来调整机器人运动,可用于大型工程建设,可以在混凝土斜坡上移动。

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百丽官方网站入口2011年,东京大学研制出四足机器人PLGORAS[17]。如图1-7所示,机器人由ABS树脂和碳纤维增强复合材料制成。机器人由两条前腿和三条后腿驱动。该驱动器整体具有10个自由度,可实现步行、跑步、跳跃等功能。最大的亮点是它通过模拟神经系统“自主”移动,不需要提前对机器人的动作进行编程。

加拿大麦吉尔大学开发了Scout系列和PAW系列四足机器人[18],其结构简单,自由度相对较少,便于控制。Scout II 的每条腿都有两个自由度,在腿的设计中加入了弹性元素。可以实现机器人在弹跳步态下的跑动和转动。PAW在Scout II的基础上,在脚端增加了一个驱动轮,可以实现轮腿或轮腿的一系列动作。

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德国移动机器人智能建筑研究中心研发的猿类机器人查理,如图1-8所示,机器人可以四肢爬动,就像真正的灵长类动物一样,是世界首创。配备驱动脊柱和机械腿的机器人,可以让机器人在攀爬障碍物或爬山时更加稳定中国 仿生机械腿,即使跌倒也能爬起来。

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意大利理工学院研制的具有代表性的液压四足机器人Hyq[19]如图1-9所示。该机器人有12个自由度,其中8个是液压驱动的,4个是电动的。每条腿都设计有踝关节和脚端,可实现静态行走和单腿垂直平面跳跃。

国内研究现状及发展趋势

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1980年代以来,我国有关高校和科研院所对四足机器人进行了系统研究。虽然基础薄弱,起步晚,但受到了国家的高度重视,其研究已被列入国家“863”计划。目前,国内四足机器人研究的骨干主要集中在高校和少数研究机构,其中上海交通大学、清华大学、山东大学、北京工业大学、同济大学等高校的研究工作和成果更具代表性。

中国最早对四足机器人的研究是由上海交通大学马培荪教授带领的研究人员进行的。他们研制的关节型哺乳动物四足机器人JTUMM-III[20]整体具有12个自由度,由直流伺服电机驱动,利用其足部压力传感器通过混合控制实现位置和力的混合控制的立场和力量。机器人的低速动态行走运动。

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上海交通大学研制的“智能大象”机器人,如图1-11所示,整体有12个自由度中国 仿生机械腿,每条机械腿有3个驱动器。借助实时感知信息反馈系统,机器人具有在惯性力和外力冲击下自动恢复平衡的能力。机身可随身携带电源,同时可实现遥控。

国内外研究难点及发展趋势

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总的来说,四足机器人的发展趋势在不同的技术水平、不同的地区呈现出不同的重点方向。

从区域分布来看,国外四足机器人研究起步较早,基础扎实,水平较高。对四足机器人在驱动方式、运动形式、稳定性基础确定等存在技术差异的部分进行了各种技术探索和科学尝试,多传感器融合技术也得到了初步验证。尤其需要注意的是,由于军方的介入,美国最新一代原型机已接近实用化中国 仿生机械腿,这使其成为世界领先者。由于国内四足机器人研究起步晚、基础薄弱、水平低,特别是在系统概念、关键部件、基础技术等方面存在较大差距。

从技术上看,四足机器人从最初的完全手动操作,已经具备了一定程度的智能化,其计算机视觉、自动控制、人工智能、步态规划和能源供应等相关技术也取得了长足的进步。此外,四足机器人的行走方式经历了漫长的发展时期,从最初的静态稳定行走到特定环境下的动态稳定行走,再到非结构化环境下更为实用的动态固定行走。在步行适应性方面取得了长足的进步。随着微处理器性能的提高,越来越多的先进理论和算法被应用于四足机器人的步态控制。具有良好的稳定性和适应性。

整体设计改进分析

要想研制出性能强劲、性能稳定、行走可靠、实用性强的四足机器人,需要克服以下技术难点。

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①四足机器人有效作业时间的提高;②四足机器人运动时各关节驱动单元的协调控制;③四足机器人静态步态和动态步态的稳定实现;降噪;⑤改变现有的离线预编程步态,提高步态的实时适应能力和自平衡能力;⑥优化四足机器人的整体重量和体积,提高机器人穿越复杂地形的能力。

为有效解决上述问题,必须合理进行四足机器人的系统设计。需要在力学计算、动力单元匹配、能源系统选型和控制系统建设等方面进行深入研究。需要说明的是,一些早期的四足机器人的控制系统大多采用移植了实时操作系统的机器来构成控制系统的核心。, 执行单元的驱动模块大多采用通用器件构建。

CPG控制方法的介绍与改进

① CPG模型参数设置方法;②步态转换问题;③ 模拟动物的整个运动控制系统;④ 实现机器人整体姿态与步态规划的联动控制。

百丽官方网站入口目前,世界各国研制的四足机器人离模仿自然界的动物还很远,还有很长的路要走。

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