基于能量的蛇形机器人蜿蜒运动控制方法的仿真与实验研究 被引量：14

1

作者 王智锋 马书根 +1 位作者 李斌 王越超 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第5期604-614,共11页

能量作为最基本的物理量之一,联系着蛇形机器人蜿蜒运动的各个方面.能量耗散描述了环境交互作用,能量转换对应着运动的动力学过程,能量平衡反映了蜿蜒运动的协调性.提出一种基于能量的蛇形机器人蜿蜒运动控制方法被动蜿蜒.通过输出关节... 能量作为最基本的物理量之一,联系着蛇形机器人蜿蜒运动的各个方面.能量耗散描述了环境交互作用,能量转换对应着运动的动力学过程,能量平衡反映了蜿蜒运动的协调性.提出一种基于能量的蛇形机器人蜿蜒运动控制方法被动蜿蜒.通过输出关节力矩控制机器人蜿蜒运动,由机器人的能量状态调整力矩的大小.仿真结果显示了被动蜿蜒控制下机器人的构形、角度、力矩、能量状态和转弯特性,并对控制力矩进行了递归分析.基于Optotrak运动测量系统构建了被动蜿蜒控制的模拟/物理混合实验系统.进行了移动实验和拖动实验,前者改变环境的摩擦特性,后者改变机器人的负载.仿真和实验验证了蛇形机器人被动蜿蜒控制的有效性和适应性. 展开更多

关键词 蛇形机器人 蜿蜒运动 能量 适应性 运动测量系统

下载PDF 职称材料

基于循环抑制CPG模型控制的蛇形机器人蜿蜒运动 被引量：11

2

作者 卢振利 马书根 +1 位作者 李斌 王越超 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第1期133-139,共7页

根据生物蛇和蛇形机器人的结构及运动特点,应用循环抑制CPG建模理论构建了蛇形机器人神经网络模型;利用蛇形机器人模型,仿真验证了CPG模型对蜿蜒运动控制的有效性;提出并验证了实现有目的转弯控制的CPG参数调节方法．最后,给出了今后的... 根据生物蛇和蛇形机器人的结构及运动特点,应用循环抑制CPG建模理论构建了蛇形机器人神经网络模型;利用蛇形机器人模型,仿真验证了CPG模型对蜿蜒运动控制的有效性;提出并验证了实现有目的转弯控制的CPG参数调节方法．最后,给出了今后的研究方向． 展开更多

关键词 蛇形机器人 中央模式发生器 循环抑制 蜿蜒运动

下载PDF 职称材料

基于循环抑制CPG模型的蛇形机器人控制器 被引量：10

3

作者 卢振利 马书根 +1 位作者 李斌 王越超 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第5期137-143,共7页

依据生物利用中央模式发生器(Central pattern generator,CPG)的自激行为产生有节律的协调运动适应多种环境,基于循环抑制CPG建模理论设计了蛇形机器人CPG控制器模型,分析了单个神经元、循环抑制CPG以及该控制器模型的稳定性,并把该控... 依据生物利用中央模式发生器(Central pattern generator,CPG)的自激行为产生有节律的协调运动适应多种环境,基于循环抑制CPG建模理论设计了蛇形机器人CPG控制器模型,分析了单个神经元、循环抑制CPG以及该控制器模型的稳定性,并把该控制器应用到一个结合蛇形机器人“勘查者-Ⅰ”动力学特性的仿真模型,得到了实现蜿蜒运动的CPG控制器参数,进而研究了调节S波个数、身体构形曲率、蜿蜒运动速度以及运动轨迹曲率的CPG控制器参数设定策略。此外,“勘查者-Ⅰ”应用该CPG控制器的输出成功实现了蜿蜒运动。该研究结果为设计人工CPG控制器提供了一个可行的方法。 展开更多

关键词 蛇形机器人 蜿蜒运动 循环抑制 中央模式发生器(CPG) 稳定性分析

下载PDF 职称材料

基于振荡器模型的蛇形机器人的步态仿真 被引量：8

4

作者 高琴 王哲龙 +1 位作者 胡卫建 赵兰迎 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1374-1380,共7页

自然界中的生物蛇具有多种周期性运动方式如蜿蜒运动、直线运动和侧移运动等,步态的多样性极大的提高了自然蛇对复杂环境的适应性。生物学家通过研究证明脊椎动物的这种节律性运动方式是由中枢神经模式发生器(CPG)控制的。针对蛇形机器... 自然界中的生物蛇具有多种周期性运动方式如蜿蜒运动、直线运动和侧移运动等,步态的多样性极大的提高了自然蛇对复杂环境的适应性。生物学家通过研究证明脊椎动物的这种节律性运动方式是由中枢神经模式发生器(CPG)控制的。针对蛇形机器人高自由度的机械结构和不同步态的运动特点,利用Hopf振荡器模型的稳态特性建立了蛇形机器人的CPG步态模型.通过ADAMS仿真实现了1种九连杆八关节机器人样机的蜿蜒运动和三维空间内的侧向蜿蜒运动,并讨论了2种步态之间的切换。仿真分析结果证明该CPG模型在实现蛇形机器人2种步态控制上的有效性。 展开更多

关键词 蛇形机器人 Hopf振荡器 蜿蜒运动 侧向蜿蜒运动

下载PDF 职称材料

基于ROS的蛇形机器人控制系统设计

5

作者 齐伟 迎春 +3 位作者 陈雪艳 范晓静 吴赟 刘斌 《内蒙古民族大学学报（自然科学版）》 2024年第4期63-66,共4页

蛇形机器人具有超冗余度的躯干结构和多样化的移动步态。为验证其控制算法,需要一个稳定可靠且具备强扩展性的控制系统。设计开发了一种由正交关节单元组成的蛇形机器人,并提出基于ROS(Robot Operating System)的控制系统设计方案。该... 蛇形机器人具有超冗余度的躯干结构和多样化的移动步态。为验证其控制算法,需要一个稳定可靠且具备强扩展性的控制系统。设计开发了一种由正交关节单元组成的蛇形机器人,并提出基于ROS(Robot Operating System)的控制系统设计方案。该方案将控制系统分为应用层、决策层和运动控制层,各层之间分工明确且耦合性低,从而提高了系统的稳定性和扩展性。采用曲线离散法规划蛇形机器人的运动步态,并进行蜿蜒运动和侧移运动测试。实验结果表明,该运动控制策略对机器人有效且设计方案具有可行性和实用性。 展开更多

关键词 蛇形机器人 ROS 控制系统 蜿蜒运动 侧移运动

下载PDF 职称材料

基于相位调整法实现蛇形机器人避障功能的研究 被引量：5

6

作者 卢振利 刘超 +4 位作者 谢亚飞 徐惠钢 单长考 许仙珍 李斌 《高技术通讯》 CAS CSCD 北大核心 2015年第5期508-514,共7页

为了提高蛇形机器人在实际环境中的实用性,研究了蛇形机器人的避障功能,并提出了一种基于相位调整的蛇形机器人避障方法。该方法用安装在蛇形机器人头部的红外避障传感器模块检测前方是否有障碍物,若有障碍物,则用相位调整法改变蛇形机... 为了提高蛇形机器人在实际环境中的实用性,研究了蛇形机器人的避障功能,并提出了一种基于相位调整的蛇形机器人避障方法。该方法用安装在蛇形机器人头部的红外避障传感器模块检测前方是否有障碍物,若有障碍物,则用相位调整法改变蛇形机器人每个关节的步态相位来控制蛇形机器人的蜿蜒运动以实现转弯,从而避开障碍物。而且应用红外传感器来感知障碍物的几何特性,若感知到大型障碍物,机器人蜿蜒运动行进采用顺障策略实现避障功能,若感知到小型障碍物,采用绕障策略。该研究可为推进蛇形机器人的实用化提供技术储备。 展开更多

关键词 蛇形机器人 避障 相位调整 蜿蜒运动

下载PDF 职称材料

一种蛇形机器人蜿蜒运动的实现及环境适应性研究 被引量：4

7

作者 高琴 王哲龙 +1 位作者 胡卫建 赵兰迎 《大连理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期203-208,共6页

生物蛇数量众多的脊椎骨以及无足的身体结构,使其形成了特殊的蜿蜒式前进步态,能够广泛适应于草地、沙漠和湖泊等起伏地形,这种节律性的运动方式被证明是由中枢模式发生器(CPG)控制的.利用Hopf振荡器的稳态特性建立了能够实现蛇形机器... 生物蛇数量众多的脊椎骨以及无足的身体结构,使其形成了特殊的蜿蜒式前进步态,能够广泛适应于草地、沙漠和湖泊等起伏地形,这种节律性的运动方式被证明是由中枢模式发生器(CPG)控制的.利用Hopf振荡器的稳态特性建立了能够实现蛇形机器人蜿蜒步态的CPG步态控制网络,依据蛇形机器人的模型仿真器得到了控制蜿蜒运动的CPG网络参数,并利用该网络的输出蛇形机器人成功实现了前进.根据Hopf振荡器对控制参数突然变化的良好适应性,通过在线调整得到了新的输出.讨论了面对复杂环境时蛇形机器人转弯运动的实现以及改变蛇形机器人身体S波构形来提高其环境适应性的方法.在蛇形机器人样机上的实验证明了基于CPG的运动控制方法在蛇形机器人蜿蜒运动上的有效性. 展开更多

关键词 蛇形机器人 HOPF 振荡器 蜿蜒运动 转弯运动 相位

下载PDF 职称材料

基于CoppeliaSim的蛇形机器人建模与运动仿真

8

作者 齐伟 陈雪艳 +1 位作者 迎春 永生 《计算机仿真》 2024年第10期443-447,共5页

在进行蛇形机器人的结构设计及控制算法研究时,需要建立合理的仿真模型和良好的测试环境,便于研究人员有效评估。以课题组自主研发的蛇形机器人为例,基于CoppeliaSim和ROS设计了仿真模型及其运动控制系统,并进行了虚拟仿真,测试了蛇形... 在进行蛇形机器人的结构设计及控制算法研究时,需要建立合理的仿真模型和良好的测试环境,便于研究人员有效评估。以课题组自主研发的蛇形机器人为例,基于CoppeliaSim和ROS设计了仿真模型及其运动控制系统,并进行了虚拟仿真,测试了蛇形机器人的蜿蜒运动和侧移运动。结果表明,仿真环境中模型的运动状态良好,机器人与环境交互正常,为蛇形机器人结构和控制算法的测试提供了理想的评估环境。 展开更多

关键词 蛇形机器人 建模 运动仿真 蜿蜒运动 侧移运动

下载PDF 职称材料

基于Canfield型关节的蛇形机器人运动仿真研究 被引量：2

9

作者 卢振利 谢亚飞 +1 位作者 波罗瓦茨.布朗尼斯拉夫 李斌 《高技术通讯》 北大核心 2017年第7期638-645,共8页

应用虚拟机器人实验平台(V-REP)构建了一种基于Canfield关节型的运动机构,通过动力学仿真添加关节角度约束对其运动空间轨迹进行了观察与分析。利用该Canfield型机构作为关节模块组建成了蛇形机器人,并对该类蛇形机器人关节运动生成的... 应用虚拟机器人实验平台(V-REP)构建了一种基于Canfield关节型的运动机构,通过动力学仿真添加关节角度约束对其运动空间轨迹进行了观察与分析。利用该Canfield型机构作为关节模块组建成了蛇形机器人,并对该类蛇形机器人关节运动生成的蜿蜒、转弯和伸缩步态进行了实验研究和分析,为该类蛇形机器人设计提供了可行性。 展开更多

关键词 V-REP仿真 Canfield机构 蛇形机器人 蜿蜒运动 转弯运动

下载PDF 职称材料

基于Recurdyn的蛇形机器人的蜿蜒运动仿真 被引量：3

10

作者 庞博 邓宏彬 《河北工程大学学报（自然科学版）》 CAS 2013年第1期95-98,共4页

提出一种由九个关节组成的蛇形机器人,研究了该蛇形机器人的蜿蜒运动机理,在多体系统动力学仿真软件Recurdyn中建立了蛇形机器人的运动模型,并对蜿蜒运动时各关节角函数进行了设置。通过在Recurdyn软件的仿真环境中添加各种驱动,设定运... 提出一种由九个关节组成的蛇形机器人,研究了该蛇形机器人的蜿蜒运动机理,在多体系统动力学仿真软件Recurdyn中建立了蛇形机器人的运动模型,并对蜿蜒运动时各关节角函数进行了设置。通过在Recurdyn软件的仿真环境中添加各种驱动,设定运动函数,对关节角函数对蛇形机器人前进速度的影响进行了仿真验证。结果表明,提出的蛇形机器人能够完成预定的蜿蜒运动。 展开更多

关键词 蛇形机器人 蜿蜒运动 Recurdyn仿真

下载PDF 职称材料

蛇形机器人的设计及摩擦力对其运动性能影响的分析 被引量：3

11

作者 卢振利 刘超 +3 位作者 谢亚飞 王晨希 毛丽民 李斌 《高技术通讯》 CAS CSCD 北大核心 2015年第3期293-299,共7页

为使蛇形机器人的结构和运动形式能够适应各种复杂环境,研究了蛇形机器人运动性能与环境的关系及其运动控制,设计了一种单被动轮为接触面的正交串联蛇形机器人,分析了蛇形曲线参数对其运动的影响,通过实验研究了摩擦系数对其运动步态的... 为使蛇形机器人的结构和运动形式能够适应各种复杂环境,研究了蛇形机器人运动性能与环境的关系及其运动控制,设计了一种单被动轮为接触面的正交串联蛇形机器人,分析了蛇形曲线参数对其运动的影响,通过实验研究了摩擦系数对其运动步态的影响,得出了蛇形机器人的前行速率随蛇形曲线参数α的增大而增大,随摩擦系数μ的增大而减小的结论,以及蛇形曲线步态参数的调节策略。 展开更多

关键词 蛇形机器人 被动轮设计 摩擦系数 蜿蜒运动

下载PDF 职称材料

蛇形机器人蜿蜒运动性能的仿真研究 被引量：2

12

作者 谢亚飞 卢振利 +4 位作者 刘超 冯大宇 单长考 徐惠钢 李斌 《高技术通讯》 CAS CSCD 北大核心 2015年第10期948-955,共8页

基于用V-REP仿真软件建立的蛇形机器人动力学模型,对蛇形机器人的蜿蜒运动性能进行了研究。首先通过蛇形曲线控制蛇形机器人实现蜿蜒运动,对关节角度和力矩情况进行了分析,其次通过变化蛇形曲线公式中的起始弯角、体内形成波个数、弧长... 基于用V-REP仿真软件建立的蛇形机器人动力学模型,对蛇形机器人的蜿蜒运动性能进行了研究。首先通过蛇形曲线控制蛇形机器人实现蜿蜒运动,对关节角度和力矩情况进行了分析,其次通过变化蛇形曲线公式中的起始弯角、体内形成波个数、弧长变化率来观察分析这些参数对蛇形机器人蜿蜒运动性能的影响,最后研究分析了蛇形机器人蜿蜒运动的爬坡、转弯性能,得出了对实现蛇形机器人的实用化有理论、技术意义的结论。 展开更多

关键词 蛇形机器人 V-REP仿真 蛇形曲线 蜿蜒运动

下载PDF 职称材料

基于Webots的蛇形机器人蜿蜒步态规划及偏移补偿 被引量：2

13

作者 郝晴 安康 徐颖 《上海师范大学学报（自然科学版）》 2021年第4期423-432,共10页

仿生蛇形机器人对复杂环境具有良好的适应性,应用前景广泛.针对蜿蜒运动初始时刻的突变问题和运动过程中存在的偏移问题,提出优化方程,并对蜿蜒运动步态进行规划,研究了模型参数对机器人运动速度、偏移的影响,分析运动控制参数,并对运... 仿生蛇形机器人对复杂环境具有良好的适应性,应用前景广泛.针对蜿蜒运动初始时刻的突变问题和运动过程中存在的偏移问题,提出优化方程,并对蜿蜒运动步态进行规划,研究了模型参数对机器人运动速度、偏移的影响,分析运动控制参数,并对运动步态偏移进行补偿.通过Webots仿真实验表明:运动控制参数决定了蛇形机器人的运动形状、偏移量及转弯特性,可以有效避免侧向偏移,对蛇形机器人高效的运动控制具有较为重要的借鉴意义. 展开更多

关键词 蛇形机器人 蜿蜒运动 步态规划 偏移补偿 Webots仿真

下载PDF 职称材料

基于幅值调整法的蛇形机器人避障研究 被引量：1

14

作者 卢振利 谢亚飞 +2 位作者 刘超 单长考 李斌 《高技术通讯》 CAS CSCD 北大核心 2016年第8期761-766,共6页

设计了蛇形机器人及其双向被动轮地面接触机构,给出了相应模块单元工程实现的技术路线,测试了该机器人系统在具体环境中应用蛇形曲线公式参数α完成蜿蜒运动的性能及结合幅值调整法实现转弯的功能。应用红外传感器来感知障碍物的几何特... 设计了蛇形机器人及其双向被动轮地面接触机构,给出了相应模块单元工程实现的技术路线,测试了该机器人系统在具体环境中应用蛇形曲线公式参数α完成蜿蜒运动的性能及结合幅值调整法实现转弯的功能。应用红外传感器来感知障碍物的几何特性。针对不同尺寸障碍物采用绕障蜿蜒运动行进策略或顺障蜿蜒运动行进策略实现避障功能。该工作为蛇形机器人实用化提供技术储备。 展开更多

关键词 蛇形机器人 避障 幅值调整(AM) 蜿蜒运动

下载PDF 职称材料

三维蛇形机器人巡视者Ⅱ的开发 被引量：19

15

作者 叶长龙 马书根 +1 位作者 李斌 王越超 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期128-133,共6页

蛇形机器人具有比传统移动机器人更强的运动能力,为实现机器人的三维运动而开发的蛇形机器人巡视者II是一个具有强驱动力和高机动性的三维蛇形机器人。它由具有3自由度的模块化单元组成,该单元具有俯仰、偏航和回转3自由度,单元的俯仰... 蛇形机器人具有比传统移动机器人更强的运动能力,为实现机器人的三维运动而开发的蛇形机器人巡视者II是一个具有强驱动力和高机动性的三维蛇形机器人。它由具有3自由度的模块化单元组成,该单元具有俯仰、偏航和回转3自由度,单元的俯仰和偏航运动是通过由3个伞齿轮组成的差速机构耦合驱动。该单元的圆柱形外壳周围安装有一系列的被动轮来增加机器人运动灵活性。对蛇形机器人模块单元的自由度作了详细分析,并基于机器人的运动机动性设计三维蛇形机器人的单元结构。给出蛇形机器人的控制系统结构,并对耦合变量进行解耦。将蛇形机器人的蜿蜒运动和扭转运动两种基本步伐应用到巡视者II上,试验结果证明了该三维蛇形机器人具有很强的机动性和运动能力。 展开更多

关键词 蛇形机器人 机构设计 蜿蜒运动 外壳形状

下载PDF 职称材料