基于弹簧负载倒立摆模型的仿袋鼠机器人稳定跳跃控制 被引量：11

1

作者 左国玉 刘旭 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期1151-1158,共8页

仿生跳跃机器人具备很强的越障和环境适应能力,但是由于机器人运动过程中较短的可控时间以及腾空阶段运动的不确定性,运动的稳定性对于仿生跳跃机器人至关重要.本文对仿袋鼠机器人跳跃运动过程中的稳定跳跃控制问题进行了研究.首先采用... 仿生跳跃机器人具备很强的越障和环境适应能力,但是由于机器人运动过程中较短的可控时间以及腾空阶段运动的不确定性,运动的稳定性对于仿生跳跃机器人至关重要.本文对仿袋鼠机器人跳跃运动过程中的稳定跳跃控制问题进行了研究.首先采用双质量弹簧负载倒立摆模型(spring-loaded inverted pendulum,SLIP)模型对袋鼠机器人的结构进行简化,建立了机器人系统的动力学模型,并对机器人的运动过程以及着地相与腾空相的切换条件进行了分析.然后采用解耦控制的思想,将SLIP模型的运动控制分解为水平速度控制和跳跃高度控制两个方面,分别通过控制着地角度实现对水平运动速度的控制,通过能量补偿实现对跳跃高度的控制.最后在ADAMS仿真环境中建立机器人模型并进行了机器人运动仿真实验.实验结果表明,本文提出的方法可以实现仿袋鼠机器人稳定的周期性跳跃运动. 展开更多

关键词 袋鼠机器人 运动稳定性 slip模型 解耦控制

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足式机器人SLIP模型向上跳跃台阶的运动控制

2

作者 肖乐 伞红军 +1 位作者 孙海杰 陈久朋 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期631-637,共7页

由于存在地势起伏,台阶对足式机器人运动稳定性会带来较大挑战.弹簧负载倒立摆模型(SLIP)作为研究足式机器人的优良模板,能否完成向上跳跃台阶的动作与其腿部摆角,起跳位置和跳跃高度都有密切的关系.由于调整模型腿部摆角规律容易引发... 由于存在地势起伏,台阶对足式机器人运动稳定性会带来较大挑战.弹簧负载倒立摆模型(SLIP)作为研究足式机器人的优良模板,能否完成向上跳跃台阶的动作与其腿部摆角,起跳位置和跳跃高度都有密切的关系.由于调整模型腿部摆角规律容易引发运动失效,故本文在算法中引入虚拟弹簧腿,根据虚拟弹簧腿的运行规律确定合理起跳位置,根据起跳位置来控制系统跳跃高度进而完成跳跃台阶的动作.最后利用仿真软件进行多组仿真,结果表明本文算法对起跳区间划分合理,对起跳高度控制精准,能够实现SLIP模型跳跃台阶前后的稳定运动. 展开更多

关键词 足式机器人 运动控制 slip模型 台阶地形 能量补充

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基于半圆形柔顺腿的六足机器人研究 被引量：6

3

作者 韩媛媛 王生栋 +1 位作者 郑超 查富生 《机械与电子》 2016年第2期72-75,80,共5页

由于足式机器人具有适应复杂地形的应用潜力,近年来受到了国内外研究人员的广泛关注。首先,设计了Rhex机器人的本体结构,其突出特点是具有半圆形柔顺腿,该腿有一个关节,由一个直流电机驱动,结构简单,控制方便。其次,建立了Rhex的SLIP动... 由于足式机器人具有适应复杂地形的应用潜力,近年来受到了国内外研究人员的广泛关注。首先,设计了Rhex机器人的本体结构,其突出特点是具有半圆形柔顺腿,该腿有一个关节,由一个直流电机驱动,结构简单,控制方便。其次,建立了Rhex的SLIP动力学模型,该模型将腿等效为弹簧倒立摆,通过规划髋关节的输出特性,驱动Rhex运动。最后,通过单腿跳跃仿真实验验证了SLIP动力学模型的正确性和有效性。 展开更多

关键词 半圆形柔顺腿 slip模型 单腿跳跃仿真

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四足机器人Trot步态简化模型控制方法 被引量：5

4

作者 李满天 郭一澎 +1 位作者 蒋振宇 张有为 《机械与电子》 2012年第10期3-7,共5页

基于负载弹簧倒立摆模型(SLIP模型),建立了四足机器人Trot(对角小跑)步态平面模型。针对复杂的四足机器人系统,通过对四足机器人动力学模型、动力学特性的分析,基于控制目标分解思想及PID控制策略,对系统的前进速度、弹跳高度及俯仰角,... 基于负载弹簧倒立摆模型(SLIP模型),建立了四足机器人Trot(对角小跑)步态平面模型。针对复杂的四足机器人系统,通过对四足机器人动力学模型、动力学特性的分析,基于控制目标分解思想及PID控制策略,对系统的前进速度、弹跳高度及俯仰角,分别设计了有效的控制方法,即三分控制法。此外,对三分控制法的控制参数配置规律进行了充分的研究,给出了控制参数配置策略。 展开更多

关键词 四足机器人 slip模型 Trot步态 三 分控制法

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基于弹簧负载倒立摆模型的闭链弹性仿生腿设计 被引量：4

5

作者 姚燕安 徐小景 武建昫 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2019年第4期36-42,共7页

基于弹簧负载倒立摆(SLIP)模型的结构特性,提出一种面向高速奔跑的新型仿生闭链弹性腿结构。以猎豹的腿部骨骼肌肉系统为仿生对象,基于Stephensen-Ⅲ型连杆机构的构型进行演化设计,在腿部杆件结构中加入弹簧,并引入两杆三副,构建一种符... 基于弹簧负载倒立摆(SLIP)模型的结构特性,提出一种面向高速奔跑的新型仿生闭链弹性腿结构。以猎豹的腿部骨骼肌肉系统为仿生对象,基于Stephensen-Ⅲ型连杆机构的构型进行演化设计,在腿部杆件结构中加入弹簧,并引入两杆三副,构建一种符合SLIP模型结构和弹性特性的八杆十副腿部机构。基于闭环矢量法对腿部机构进行运动学分析,采用对称弯月形曲线作为期望足端轨迹,提出一种将机构尺度综合分为腿部骨骼尺寸设计与曲柄摇杆尺寸优化的设计方法,得到了满足期望足端轨迹的结构尺寸。进一步采用拉格朗日动力学方程描述单腿足端地面反作用力与驱动力之间的关系。应用Adams软件建立动力学仿真模型,进行质心速度、质心垂直位移、弹簧变形量等仿真分析。经构型设计、运动学分析、动力学仿真和结构设计,验证了该新型闭链弹性仿生腿可实现快速的奔跑步态。 展开更多

关键词 slip模型 仿生腿 闭链连杆机构 弹性腿 动力学分析 奔跑步态

原文传递

液压足式机器人单腿变刚度控制弹跳研究 被引量：3

6

作者 赵江波 薛塔 王军政 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期1051-1055,共5页

液压足式机器人由于其负载能力强,动态性能优越得到广泛的关注.针对液压足式机器人能量调节及其单腿弹跳运动控制问题,将液压足式机器人单腿等效为弹簧负载倒立摆(SLIP)模型,并提出了一种主动变刚度的控制策略,可以使液压足式机器人单... 液压足式机器人由于其负载能力强,动态性能优越得到广泛的关注.针对液压足式机器人能量调节及其单腿弹跳运动控制问题,将液压足式机器人单腿等效为弹簧负载倒立摆(SLIP)模型,并提出了一种主动变刚度的控制策略,可以使液压足式机器人单腿在着地时刻进行能量调整,并使其达到期望的弹跳高度.实验结果表明,本文提出的控制方法可以实现液压足式机器人单腿稳定弹跳,并有效控制弹跳高度. 展开更多

关键词 slip模型 变刚度 能量调节 弹跳控制

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基于神经网络的四足机器人SLIP模型运动控制 被引量：1

7

作者 吴陈成 李光 +2 位作者 谢楚政 于权伟 章晓峰 《湖南工业大学学报》 2021年第5期25-31,共7页

根据四足哺乳动物形态设计的四足机器人,能够适应错综复杂的地形,且具有较强的运动属性。而对于四足机器人而言,运动的控制十分重要,所以对四足机器人运动过程中的跳跃控制问题进行了研究。首先,采用弹簧负载倒立摆模型(SLIP)对四足机... 根据四足哺乳动物形态设计的四足机器人,能够适应错综复杂的地形,且具有较强的运动属性。而对于四足机器人而言,运动的控制十分重要,所以对四足机器人运动过程中的跳跃控制问题进行了研究。首先,采用弹簧负载倒立摆模型(SLIP)对四足机器人结构进行简化处理,建立了简化模型的动力学方程,并分析了模型的运动过程以及着陆相与腾空相的转换条件。其次,在仿真平台中建立了SLIP动力学模型,通过动力学仿真得到了一份仿真样本数据,并利用这份样本数据训练了一个神经网络,其中样本考虑了四足机器人在与地面接触过程中由于碰撞和阻尼所消耗的能量。最后,在仿真平台中进行验证,给定模型的初始高度和水平速度,通过神经网络计算出合适的着陆角,得到期望的水平末速度和弹跳高度。实验结果表明,基于神经网络的方法可以较精确地实现对SLIP模型运动的控制。 展开更多

关键词 四足机器人 slip模型 神经网络 运动控制

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压电陶瓷驱动器迟滞建模与自适应控制 被引量：8

8

作者 王舟 陈远晟 +1 位作者 王浩 黄勤斌 《压电与声光》 CAS 北大核心 2020年第4期523-528,共6页

为了降低压电陶瓷驱动器的迟滞非线性,提出了改进型的Maxwell-slip模型并引入自适应控制,使压电驱动器在宽频带下有良好的迟滞补偿效果。在经典Maxwell-slip模型中,输出力与输入位移的关系会出现迟滞现象,表现为平行四边形,与压电陶瓷... 为了降低压电陶瓷驱动器的迟滞非线性,提出了改进型的Maxwell-slip模型并引入自适应控制,使压电驱动器在宽频带下有良好的迟滞补偿效果。在经典Maxwell-slip模型中,输出力与输入位移的关系会出现迟滞现象,表现为平行四边形,与压电陶瓷驱动器的迟滞特性接近。由于每一单元滑块的最大静摩擦力与弹簧弹性系数成比例关系,若弹簧系数取定值时,每一个单元的最大静摩擦力在系统实时控制中是不变的,因此可以采用自适应控制算法对输出信号权值进行更新,从而更精确地补偿压电陶瓷驱动器。为了验证该模型,搭建了悬臂梁结构压电实验平台,运用该迟滞模型进行迟滞补偿控制,实验结果表明,对于Maxwell-slip模型自适应控制,在0.1~20 Hz宽频带下的均方根误差(RMSE)和绝对平均误差(MAE)均有减小。其中,在0.1 Hz下无前馈补偿控制的RMSE为0.0375μm,而通过自适应控制可以将压电微定位平台的RMSE降低到0.0124μm以内。与经典模型相比,所提出的Maxwell-slip模型自适应控制具有在宽频带内进行精密定位的优点。 展开更多

关键词 压电陶瓷驱动器 Maxwell-slip模型 自适应控制 迟滞补偿

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直线电动机驱动系统的干扰补偿控制

9

作者 董贵荣 《微特电机》 北大核心 2014年第12期45-48,共4页

直线电动机驱动的XY工作台在高速高精度数控机床中得到了广泛应用。针对摩擦力和切削力对工作台定位精度和轮廓跟踪精度的影响,提出了基于Maxwell-Slip模型的摩擦前馈补偿方案,通过构建干扰观测器对摩擦力作进一步补偿,同时,该干扰观测... 直线电动机驱动的XY工作台在高速高精度数控机床中得到了广泛应用。针对摩擦力和切削力对工作台定位精度和轮廓跟踪精度的影响,提出了基于Maxwell-Slip模型的摩擦前馈补偿方案,通过构建干扰观测器对摩擦力作进一步补偿,同时,该干扰观测器能够在一定程度上补偿切削力的干扰。最终通过设计重复控制器完全消除了摩擦力和切削力干扰。在直线电动机驱动的XY工作台上对所设计的控制方案进行了实验验证,实验结果证明了所设计控制方案的有效性和可行性。 展开更多

关键词 直线驱动 XY工作台 Maxwell-slip模型 干扰观测器 重复控制器

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一种多模型融合的仿猎豹四足机器人复杂运动控制方法 被引量：4

10

作者 张秀丽 王琪 +1 位作者 黄森威 江磊 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2022年第6期682-693,707,共13页

针对具有2自由度主动脊柱关节的仿猎豹四足机器人,基于任务分解思想和生物神经系统机理,提出多模型融合的控制方法。该方法以弹簧负载倒立摆模型实现单腿跳跃控制,通过中枢模式发生器(CPG)实现4条腿之间以及脊柱―腿之间的协调控制,利... 针对具有2自由度主动脊柱关节的仿猎豹四足机器人,基于任务分解思想和生物神经系统机理,提出多模型融合的控制方法。该方法以弹簧负载倒立摆模型实现单腿跳跃控制,通过中枢模式发生器(CPG)实现4条腿之间以及脊柱―腿之间的协调控制,利用虚拟模型控制实现机器人与环境交互,采用基于CPG输出的有限状态机来融合3个控制模型,构建仿猎豹四足机器人的多模型分层运动控制器。参考猎豹脊柱运动特征,设计了机器人脊柱关节运动模式,给出脊柱与腿的协调控制策略。最后,在Webots仿真环境中搭建了仿猎豹四足机器人虚拟样机,实现了不同步态下的脊柱―腿的协调控制、在崎岖地形上稳定奔跑,以及平滑的对角―疾驰―对角步态转换,仿真结果验证了所提出的多模型融合的四足机器人运动控制方法的有效性。 展开更多

关键词 四足机器人 中枢模式发生器(CPG) 弹簧负载倒立摆(slip)模型 虚拟模型控制(VMC) 有限状态机

原文传递

网链缠结对凝胶薄膜起皱的影响 被引量：5

11

作者 张校维 易成智 +1 位作者 颜慧贤 金波 《力学季刊》 CSCD 北大核心 2016年第4期638-647,共10页

凝胶薄膜在变形时易发生屈曲、起皱等失稳现象,这在凝胶薄膜的应用中是非常重要的.近年来,针对凝胶薄膜的屈曲、起皱失稳行为,越来越多的科研人员尝试从力学角度进行分析.但是大多数的研究是基于Flory-Rehner弹性凝胶理论,未考虑凝胶网... 凝胶薄膜在变形时易发生屈曲、起皱等失稳现象,这在凝胶薄膜的应用中是非常重要的.近年来,针对凝胶薄膜的屈曲、起皱失稳行为,越来越多的科研人员尝试从力学角度进行分析.但是大多数的研究是基于Flory-Rehner弹性凝胶理论,未考虑凝胶网链缠结引起的物理交联对凝胶自由能的影响,模型精度不高.本文采用Edwards-Vilgis所提出的Slip-link模型对平面内起皱的凝胶薄膜进行分析,研究了不伸展参数、滑移参数对聚合物凝胶增量模量的影响以及不伸展参数、滑移参数、基底材料泊松比对凝胶薄膜起皱时的临界波长和临界应力的影响.结果表明:化学势在一定范围内变化时,随着化学势的增加,增量模量、临界波长、临界应力减小;不可伸长参数越大,增量模量、临界波长及临界应力越大;滑移参数越大,增量模量、临界波长及临界应力越小. 展开更多

关键词 合物凝胶 凝胶自由能 slip-link模型 凝胶薄膜 起皱

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缠结拓扑限制作用对凝胶杆屈曲的影响 被引量：3

12

作者 党存 颜慧贤 金波 《力学季刊》 CSCD 北大核心 2015年第3期399-407,共9页

当前对聚合物凝胶失稳现象的研究大多是基于Flory-Rehner弹性凝胶理论,并未考虑凝胶网络链段相互缠绕引起的物理交联对凝胶弹性网络自由能的影响.因此,本文采用了一个新的,包含网络缠结拓扑限制作用的凝胶自由能函数,在此基础上计算交... 当前对聚合物凝胶失稳现象的研究大多是基于Flory-Rehner弹性凝胶理论,并未考虑凝胶网络链段相互缠绕引起的物理交联对凝胶弹性网络自由能的影响.因此,本文采用了一个新的,包含网络缠结拓扑限制作用的凝胶自由能函数,在此基础上计算交联网链数密度与滑动环数密度的比值、不可伸展参数、滑移参数对聚合物凝胶的折合增量模量的影响,并给出了不同长细比凝胶杆的临界屈曲应力.研究结果表明:交联网链数密度与滑动环数密度的比值、不可伸展参数越大,增量模量越大,而滑移参数越大,增量模量越小;凝胶杆的长细比越大,临界屈曲应力越小. 展开更多

关键词 聚合物凝胶 凝胶自由能 slip-link模型 增量模量 屈曲

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基于Slip-Link模型的凝胶大变形与扩散耦合瞬态问题分析 被引量：2

13

作者 苏恒迪 颜慧贤 金波 《力学季刊》 CSCD 北大核心 2017年第4期681-692,共12页

长链聚合物通过化学键,范德华力等相互作用交联构成的弹性体吸收溶剂后形成聚合物凝胶.聚合物凝胶的溶胀变形过程是溶剂在凝胶网络内的扩散、迁移与凝胶网络变形耦合作用的结果.通常,研究凝胶的扩散-变形耦合问题是基于经典的Flory-Reh... 长链聚合物通过化学键,范德华力等相互作用交联构成的弹性体吸收溶剂后形成聚合物凝胶.聚合物凝胶的溶胀变形过程是溶剂在凝胶网络内的扩散、迁移与凝胶网络变形耦合作用的结果.通常,研究凝胶的扩散-变形耦合问题是基于经典的Flory-Rehner自由能模型进行的,然而该自由能函数由于忽略了凝胶网络链段相互缠绕引起的物理交联对凝胶弹性网络自由能的影响,在计算大变形与扩散耦合问题时误差较大.本文基于Edwards-Vilgis slip-link弹性模型和Flory-Huggins混合理论构建能反映聚合物网络链缠结拓扑限制作用的凝胶自由能函数,并结合凝胶的运动方程和扩散方程,得到能够反映链段缠结影响的凝胶大变形与扩散耦合瞬态方程,并基于此研究网络缠结对凝胶在受压状态下变形梯度和凝胶内溶剂的名义浓度的影响. 展开更多

关键词 聚合物凝胶 slip-link模型 大变形 扩散 瞬态

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pH敏感凝胶平衡溶胀的有限元研究 被引量：1

14

作者 戴笠 颜慧贤 金波 《力学季刊》 CSCD 北大核心 2015年第2期221-231,共11页

1943年Flory提出第一个凝胶溶胀理论以来,凝胶溶胀理论的发展极大地促进了凝胶科学的发展.在诸多凝胶溶胀理论中,Flory-Rehner凝胶溶胀理论是最为经典的理论之一,成功地预测了聚合物胶体的诸多溶胀变形特性.但该模型是基于一种最为简单... 1943年Flory提出第一个凝胶溶胀理论以来,凝胶溶胀理论的发展极大地促进了凝胶科学的发展.在诸多凝胶溶胀理论中,Flory-Rehner凝胶溶胀理论是最为经典的理论之一,成功地预测了聚合物胶体的诸多溶胀变形特性.但该模型是基于一种最为简单的自由连接链模型,存在精度较差的局限.因此,本文采用能够表征网络缠结拓扑等微观结构影响的弹性自由能模型,即由Edwards-Vilgis提出的Slip-Link模型,构造自由能模型并形成pH敏感凝胶的平衡溶胀理论,并基于Abaqus有限元分析了微观结构及几何限制作用对pH敏感凝胶力学行为的影响.分析结果可为微流体控制阀的设计提供参考. 展开更多

关键词 pH敏感凝胶 溶胀理论 凝胶自由能 slip-Link模型 有限元

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分子链缠结对纤维增强凝胶屈曲的影响

15

作者 颜慧贤 苏恒迪 邓强 《功能材料与器件学报》 CAS 2019年第3期174-179,共6页

纤维增强凝胶横向受拉超过一定限度时,纤维与凝胶间的相互作用会导致复合材料纵向收缩屈曲。为分析凝胶分子链段缠结对纤维增强凝胶抗拉性能以及屈曲行为的影响,利用虚功原理建立纤维增强凝胶本构方程,结合压杆稳定理论给出纤维屈曲临... 纤维增强凝胶横向受拉超过一定限度时,纤维与凝胶间的相互作用会导致复合材料纵向收缩屈曲。为分析凝胶分子链段缠结对纤维增强凝胶抗拉性能以及屈曲行为的影响,利用虚功原理建立纤维增强凝胶本构方程,结合压杆稳定理论给出纤维屈曲临界拉力条件,基于Slip-Link链缠结模型计算了不同缠结条件下纤维增强凝胶的抗拉性能和纤维屈曲时的横向临界拉力与临界伸长比。研究结果表明:凝胶分子链交联点越多、不可伸展性越强、分子链滑移参数越大时,凝胶越不易变形,抗拉性能越强,纤维杆屈曲时所需施加的横向临界拉力越大。 展开更多

关键词 纤维增强凝胶 链缠结 slip-Link模型 屈曲

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分子链缠结对核-壳结构复合凝胶非均匀变形行为的影响

16

作者 颜慧贤 苏恒迪 《计算物理》 EI CSCD 北大核心 2020年第5期581-588,共8页

凝胶分子形成凝胶网络时,分子链段间会相互缠绕形成物理交联,显著影响其力学行为.为研究凝胶分子链段间相互缠结形成的物理交联对核壳结构复合凝胶变形行为与溶剂分布的影响,基于slip-link链缠结模型和张量推导建立核壳结构复合凝胶变... 凝胶分子形成凝胶网络时,分子链段间会相互缠绕形成物理交联,显著影响其力学行为.为研究凝胶分子链段间相互缠结形成的物理交联对核壳结构复合凝胶变形行为与溶剂分布的影响,基于slip-link链缠结模型和张量推导建立核壳结构复合凝胶变形过程的一般数学表达式.结果表明:受刚性核影响,凝胶壳的拉伸是各向异性的,凝胶壳内溶剂的分布也是非均匀的,由内向外呈非线性变化,溶剂在凝胶内的扩散不满足菲克扩散定律;分子链缠结度越高凝胶壳的径向和周向伸长比越低,凝胶的溶胀率也越低. 展开更多

关键词 核壳结构 凝胶 链缠结 slip-link模型

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