摘要：虚拟模型控制广泛用于四足机器人的运动控制器设计中.提出了一种分数阶虚拟模型控制器,在保证四足机器人柔性触地的同时,提高四足机器人小跑运动中单腿轨迹跟踪的精确性和鲁棒性.介绍了关节液压缸力控制系统的频域建模过程及基于非线性寻优法的单腿虚拟模型控制器的参数整定,并通过实验对比了分数阶虚拟模型控制和传统虚拟模型控制在四足机器人小跑运动中单腿的控制效果,证明了分数阶虚拟模型控制对单腿轨迹跟踪性能的改善作用.

摘要：针对机器人跳跃运动落地时冲击力大的问题,面向竖直跳跃运动,以液压四足机器人单腿为研究对象,建立液压驱动四足机器人单腿运动学模型,并分别对机器人单腿处于起跳相、落地相和腾空相时进行轨迹规划;根据关节参数,通过运动学逆解求得驱动函数,利用仿真软件ADAMS进行竖直跳跃步态仿真;搭建单腿实验平台,进行实验验证,依据得到的动态特性,分析步态规划的准确性及合理性,为后续液压四足机器人动步态的研究提供设计和控制依据。

摘要：液压四足机器人髋关节由伺服阀控缸系统构成,是机械腿的关键组成部分.它的控制性能直接影响着机械腿甚至机器人的运动控制精度.因为髋关节工作情况的复杂性和阀控缸系统自身的非线性,使得传统控制算法无法满足机器人运动性能指标的要求.由此,本文对液压四足机器人髋关节伺服阀控缸系统的控制方法进行了研究.首先通过对髋关节工作条件的分析完成了伺服阀控缸的数学建模,然后基于鲁棒自适应动态面的控制算法设计了伺服阀控缸系统的控制器,并从李雅普诺夫稳定判据的角度证明了系统的稳定性.最后通过Matlab与AMESim的联合仿真,对鲁棒自适应动态面与传统PID及普通动态面的控制效果做出对比,证明了所研究算法的有效性.

摘要：液压四足机器人具有离散的落足点和较大的负重能力等特点,在无人监测、灾难救援和物资运输等场景中具有广阔的应用前景和重要的研究价值。作为四足机器人最关键的运动单元,肢腿单元的重量直接影响其动态性能。因此,根据肢腿单元的运动特点开展轻量化设计显得尤为重要。针对SpurlosⅡ肢腿单元的大腿结构存在较多冗余重量的问题,利用变密度惩罚法对其进行拓扑优化,通过基于B样条拟合二维切片轮廓的方法对优化后的网格型模型进行重构。针对模型重构带来的局部应力集中问题,引入晶格填充结构,实现局部优化。优化后,大腿部件的重量为1007.19 g,降低了36.01%;大幅度减重的同时,大腿部件的最大等效应力降低了1.41%。最后,优化后的肢腿单元在不同频率下的轨迹跟踪试验中表现出的更好的动态特性,证明所提出方法的有效性。

摘要：针对传统液压四足机器人电液伺服阀控缸系统的非线性、参数时变性、控制误差大等问题,提出了一种基于位置闭环控制的模型参考自适应控制算法。以液压四足机器人为研究背景,介绍了单腿整体结构及组成;然后,建立液压四足机器人电液伺服阀控缸控制系统模型、传递函数,并设计模型参考自适应控制器;最后,结合AMESim-MATLAB软件搭建四足机器人电液伺服阀控缸系统的控制模型,并对搭建好的测试平台进行实验。实验表明基于电液位置伺服系统的液压四足机器人阀控缸位置控制系统模型的合理性,阀控缸位置跟踪效果好、响应速度快、误差小、鲁棒性强,验证了所设计的位置闭环控制的模型参考自适应控制算法的可行性。

摘要：提出了利用设计结构矩阵与分支拓扑树集成的功能结构聚类方法,通过对冲突元件的聚类分析和评价、聚类矩阵与分支拓扑树结构映射分析、拓扑树粒度层级分析等步骤,解决了复杂机电系统中元件配置间的冲突与制约,实现减少迭代次数、优化流程,生成产品创新方案,为液压四足机器人的腿部结构创新提供了重要依据。

摘要：针对机器人在非结构环境需求下设计的主观性与不确定性问题,提出了模糊非解耦模型与功能-原理-行为-结构(function-principle-behavior-structure,FPBS)耦合的设计方法。通过建立模糊非解耦模型,根据置信水平值的不同,将需求按亲疏关系进行划分,以确保需求间的相互独立性,同时消解评价主观性,基于FPBS的设计方法将隐性知识显性化表达,实现自顶至下多层级的设计与自底至上的结构综合,设计出满足要求的机器人结构方案。以液压四足机器人为例,验证了方法的可行性,在多需求非结构环境下,为机器人设计提供更加科学有效的新思路。

摘要：针对产品元件装配流程中存在的聚类模块粒度过大、元件间干涉与冲突等问题,提出了面向复杂产品元件装配流程建模与优化方法。采用分析网络模型与模糊设计结构矩阵相耦合,对元件间的信息依赖关系进行定量化表示,其次运用传递闭包法求得具有自反性与对称性的模糊等价矩阵,基于截集阈值以及效用理论对复杂元件聚类划分,最后确定各元件模块的入出集,从而优化装配的执行顺序,提高产品的核心竞争力。以液压四足机器人腿部元件装配为例,验证了方法的有效性与可行性,为元件装配流程规划提供了新的设计思路。

摘要：针对机器人在设计中存在的工程特性冲突问题,提出了质量屋、发明问题解决原理(theory of the solution of inventive problems,TRIZ)与定量优先度分析的集成方法。利用质量屋对野外非结构化地形中的需求进行分析,发掘负相关工程特性,基于定量优先度分析法对创新方案进行遴选,运用发明问题解决原理进行工程特性冲突消解,设计出满足要求的结构创新方案。以液压四足机器人为例,验证了方法的实用性与可行性,为消解工程特性冲突提供了新思路。

摘要：针对液压四足机器人电液伺服位置控制存在的振动问题,分析电液伺服系统特性,根据振动控制技术提出输入指令整形控制策略,研究输入整形技术在抑制机械谐振方面的作用,为该技术在液压四足机器人上的应用提供理论和现实依据.通过分析输入整形减振技术及其工作原理,设计零震荡整形器,并利用AMESim和MATLAB对电液伺服系统进行位置控制联合仿真.结果表明,输入整形技术能够抑制电液位置伺服系统中产生的机械谐振,利用电液伺服系统综合实验台验证了该控制技术的有效性.