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基于Trot步态的四足机器人行走姿态控制策略 被引量:1
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作者 李龙坤 方鸿磊 《重庆工商大学学报(自然科学版)》 2025年第2期56-62,共7页
目的文章针对Trot步态下的四足机器人构型与运动学、步态与足端轨迹规划、姿态控制等问题展开研究。方法首先,根据足式机器人腿部构型特点,选定具有前肘后膝式的四足机器人,其腿部结构为关节式腿足构型;其次,采用D-H坐标法建立四足机器... 目的文章针对Trot步态下的四足机器人构型与运动学、步态与足端轨迹规划、姿态控制等问题展开研究。方法首先,根据足式机器人腿部构型特点,选定具有前肘后膝式的四足机器人,其腿部结构为关节式腿足构型;其次,采用D-H坐标法建立四足机器人运动学,并利用各关节的几何关系采用几何图解法实现从Joint Space到Task Space之间的推导,对足端轨迹的需求进行了分析,采用五次多项式对足端轨迹进行规划;然后,设计了姿态控制策略,通过在4条腿足端与机身之间添加相对位置控制,并使用PI控制器对机身姿态传感器输出的姿态数据修正,与轨迹规划结果结合,通过逆运动学解算,调整4条腿足端与机身之间相对位置以达到控制机身姿态的目的,将其应用在四足机器人的Trot步态行走中。结果为了证明其有效性,采用MATLAB的Simulink进行姿态控制与开环控制的仿真对比,结果显示四足机器人姿态控制策略下行走时的R、P、Y角明显小于开环控制下的R、P、Y角。结论结果表明该姿态控制策略应用在Trot步态中具有可行性,并且大幅提高四足机器人的行走稳定性。 展开更多
关键词 四足机器人 trot步态 姿态控制 仿真分析
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From Walking to Running:A Comprehensive Clock Torque Actuated SLIP Framework for Trotting in Quadrupedal Locomotion
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作者 Mustafa Akbaba Uluc Saranli +1 位作者 Ali Emre Turgut Mustafa Mert Ankarali 《Journal of Bionic Engineering》 2025年第6期2864-2884,共21页
This paper presents a template-based control method for achieving diverse trotting motions in quadrupedal systems,with a focus on smooth transitions between walking trot,regular trot,and flying(running)trot.First,we e... This paper presents a template-based control method for achieving diverse trotting motions in quadrupedal systems,with a focus on smooth transitions between walking trot,regular trot,and flying(running)trot.First,we extend the Clock Torque Actuated Spring-Loaded Inverted Pendulum(CT-SLIP)template to three dimensions,creating a comprehensive control framework.A template-based control strategy is then developed to compute joint torques for stable locomotion,along with a detailed approach for transitioning between gaits.To enable the flight phase in the running trot,a projectile motion model is incorporated into the template.For improved turning,we implement a yaw control method that rotates the swing foot plane to enhance stability,enabling higher turning rates while maintaining steady forward motion and balance.To further enhance locomotion stability and performance,a Whole-Body Controller(WBC)is integrated.The proposed method is implemented and rigorously evaluated in the MuJoCo simulator,with experiments testing gait transitions and disturbance rejection.Additionally,comparative studies assess the impacts of both swing foot plane rotation and the WBC on overall system performance.Furthermore,the approach is validated through real hardware experiments on Unitree GO1 quadrupedal robot,successfully demonstrating smooth gait transitions,stable locomotion,and practical applicability in real-world scenarios. 展开更多
关键词 Legged locomotion Template-based control Gait transition trotTING
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基于ADAMS与MATLAB的四足机器人的trot步态联合仿真 被引量:3
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作者 王建明 赵彦 +1 位作者 朱彦防 马宗利 《机床与液压》 北大核心 2015年第3期57-59,共3页
为节约设计成本,提高设计效率,对四足机器人进行仿真。采用Pro/E建立四足机器人三维模型,将模型导入至虚拟样机软件ADAMS中,建立四足机器人机械模型,并利用Matlab/Simulink工具箱建立控制系统。利用二者之间的接口实现联合仿真,验证了... 为节约设计成本,提高设计效率,对四足机器人进行仿真。采用Pro/E建立四足机器人三维模型,将模型导入至虚拟样机软件ADAMS中,建立四足机器人机械模型,并利用Matlab/Simulink工具箱建立控制系统。利用二者之间的接口实现联合仿真,验证了设计方案的可行性。 展开更多
关键词 四足机器人 trot步态 联合仿真
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四足机器人Trot步态简化模型控制方法 被引量:5
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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 分控制法
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基于ADAMS的四足机器人trot步态仿真 被引量:2
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作者 纪鹏飞 陈劲杰 +1 位作者 宁方宽 史纬朋 《通信电源技术》 2015年第4期57-59,共3页
利用三维建模软件Catia设计建立了每条腿有两个自由度的四足机器人简化模型,将此模型导入虚拟样机分析软件ADAMS中生成虚拟样机模型。运用合理的驱动函数对四足机器人的关节进行驱动,使其符合trot步态的特征。验证了此结构设计方案的可... 利用三维建模软件Catia设计建立了每条腿有两个自由度的四足机器人简化模型,将此模型导入虚拟样机分析软件ADAMS中生成虚拟样机模型。运用合理的驱动函数对四足机器人的关节进行驱动,使其符合trot步态的特征。验证了此结构设计方案的可行性,为详细的结构设计和控制提供了参考。 展开更多
关键词 四足机器人 结构设计 trot步态 ADAMS仿真
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四足机器人Trot步态的偏航运动控制
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作者 郭伟 游洋威 +1 位作者 蒋振宇 王鹏飞 《机械与电子》 2013年第11期63-67,共5页
为解决四足机器人Trot步态的偏航运动控制问题,借鉴两轮差速驱动的原理将机身的运动分解为两着地腿的运动,再基于弹簧倒立摆模型对单个着地腿的前进速度和侧移速度进行控制,最后通过控制两着地腿的运动来控制机器人整体的运动,从而实现... 为解决四足机器人Trot步态的偏航运动控制问题,借鉴两轮差速驱动的原理将机身的运动分解为两着地腿的运动,再基于弹簧倒立摆模型对单个着地腿的前进速度和侧移速度进行控制,最后通过控制两着地腿的运动来控制机器人整体的运动,从而实现对机器人偏航角的控制。基于这种思想,可以对偏航角、前进速度和侧移速度的控制进行统一设计,简化了基于三维模型的四足机器人运动控制的难度。在虚拟样机中进行仿真实验,发现控制方法在前进速度为零和非零时都能对偏航角进行很好的控制。 展开更多
关键词 四足机器人 三维模型 trot步态 偏航运动控制
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四足机器人侧摆型trot步态的运动学分析及仿真研究 被引量:8
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作者 王银浩 颉潭成 +1 位作者 徐彦伟 桂林 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2022年第5期24-29,共6页
针对四足机器人在复杂环境中难以保持稳定行走姿态的问题,在四足机器人trot步态的基础上,改进设计了一种侧摆型trot步态,通过四足机器人侧摆肩关节处电机对四足机器人的步态进行规律调整,使四足机器人在行走过程中更易保持稳定姿态。首... 针对四足机器人在复杂环境中难以保持稳定行走姿态的问题,在四足机器人trot步态的基础上,改进设计了一种侧摆型trot步态,通过四足机器人侧摆肩关节处电机对四足机器人的步态进行规律调整,使四足机器人在行走过程中更易保持稳定姿态。首先对侧摆型trot步态进行步态规划,分析侧摆型trot步态的稳定性;然后根据D-H参数法建立四足机器人单腿运动学模型并进行运动学分析求解;最后在MATLAB/Simulink软件中建立四足机器人动态仿真模型,以复合摆线运动轨迹为例,对侧摆型trot步态进行运动特性仿真分析。结果表明,基于复合摆线的侧摆型trot步态运动轨迹曲线连续平滑,四足机器人运动平稳。通过侧摆型trot步态仿真分析,验证了所研究侧摆型trot步态的稳定性和合理性,可以为搭建实验样机控制系统提供理论依据。 展开更多
关键词 四足机器人 侧摆型trot步态 D-H参数法 动态稳定性
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基于多虚拟元件的直腿四足机器人Trot步态控制 被引量:9
8
作者 李满天 蒋振宇 +1 位作者 王鹏飞 孙立宁 《吉林大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期1502-1511,共10页
为了提高四足机器人在未知复杂地形下的快速平稳通过能力,基于直腿四足机器人模型对机器人着地相控制方法进行了研究。首先,针对在复杂路面下的运动工况,建立了直腿四足机器人的运动学和动力学模型。其次,基于弹簧负载倒立摆动力学特性... 为了提高四足机器人在未知复杂地形下的快速平稳通过能力,基于直腿四足机器人模型对机器人着地相控制方法进行了研究。首先,针对在复杂路面下的运动工况,建立了直腿四足机器人的运动学和动力学模型。其次,基于弹簧负载倒立摆动力学特性,在机身多个自由度上引入弹性阻尼等虚拟元件,在着地相过程中实现了对包括前进等在内的多个机身运动自由度的控制。最后,在虚拟样机仿真中实现了机器人在平坦路面和复杂路面下的运动,验证了控制方法的正确性和有效性。通过对仿真结果的分析,总结出两种控制策略在运动平稳性、能耗水平和耦合运动等方面的优劣,为提高机器人在不同运行工况下的综合运动性能奠定了基础。 展开更多
关键词 自动控制技术 四足机器人 运动控制 对角小跑步态
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四足机器人Trot步态偏航分析及其控制 被引量:6
9
作者 易静 李光 +1 位作者 薛晨慷 谭薪兴 《机械与电子》 2022年第3期58-64,共7页
为了解决四足机器人在对角小跑步态中存在的绕对角线翻转而导致在直线行走时出现偏航问题,在理论分析偏航现象的基础上提出一种姿态控制方法。首先建立四足机器人整体运动模型,通过数值分析和计算,得到偏航产生的根本原因:一是机体由于... 为了解决四足机器人在对角小跑步态中存在的绕对角线翻转而导致在直线行走时出现偏航问题,在理论分析偏航现象的基础上提出一种姿态控制方法。首先建立四足机器人整体运动模型,通过数值分析和计算,得到偏航产生的根本原因:一是机体由于重力影响,会产生绕支撑对角线的翻转力矩;二是处于支撑相时,髋关节产生的反作用力矩,导致步态时序会提前或延后,引起绕机体对角线翻转。然后在此基础上,建立姿态控制模型,通过传感器测得偏航值,反方向补偿其偏航。最后进行动力学仿真实验,发现机器人在不加姿态控制的情况下,出现较大偏航值,而在应用姿态控制之后,偏航值得到了明显改善,仿真实验对比证明了该姿态控制方法有效地解决偏航问题。 展开更多
关键词 四足机器人 姿态控制 偏航分析 trot步态
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基于Bezier曲线的四足机器人Trot步态优化 被引量:4
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作者 薛晨慷 李光 +1 位作者 易静 谭薪兴 《湖南工业大学学报》 2022年第5期42-49,共8页
为实现四足机器人的稳定行走,需要对其足端轨迹进行合理规划。首先,以Bezier曲线为基础,规划四足机器人的足端轨迹,并依据足端轨迹约束条件对足端轨迹进行优化;其次,通过多组对比实验确定出最优的一组控制点坐标,设计四足机器人的足端轨... 为实现四足机器人的稳定行走,需要对其足端轨迹进行合理规划。首先,以Bezier曲线为基础,规划四足机器人的足端轨迹,并依据足端轨迹约束条件对足端轨迹进行优化;其次,通过多组对比实验确定出最优的一组控制点坐标,设计四足机器人的足端轨迹,并找到最佳的步长和抬腿高度组合;最后,基于Matlab/Simulink搭建仿真平台进行仿真实验,与应用复合摆线规划的足端轨迹在足端落地时的冲击力、质心的波动范围、机体的偏航距离、前进距离4个方面进行比较,分析四足机器人的稳定性。仿真结果表明:采用Bezier曲线规划的足端轨迹,提高了机器人运动的稳定性。 展开更多
关键词 四足机器人 足端轨迹 trot步态 BEZIER曲线
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Energy Efficiency Analysis of Quadruped Robot with Trot Gait and Combined Cycloid Foot Trajectory 被引量:12
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作者 LEI Jingtao WANG Feng +2 位作者 YU Huangying WANG Tianmiao YUAN Peijiang 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2014年第1期138-145,共8页
Quadruped robots consume a lot of energy, which is one of the factors restricting their application. Energy efficiency is one of the key evaluating indicators for walking robots. The relationship between energy and el... Quadruped robots consume a lot of energy, which is one of the factors restricting their application. Energy efficiency is one of the key evaluating indicators for walking robots. The relationship between energy and elastic elements of walking robots have been studied, but different walking gait patterns and contact status have important influences on locomotion energy efficiency, and the energy efficiency considering the foot-end trajectory has not been reported. Therefore, the energy consumption and energy efficiency of quadruped robot with trot gait and combined cycloid foot trajectory are studied. The forward and inverse kinematics of quadruped robot is derived. The combined cycloid function is proposed to generate horizontal and vertical foot trajectory respectively, which can ensure the acceleration curve of the foot-end smoother and more successive, and reduce the contact force between feet and environment. Because of the variable topology mechanism characteristic of quadruped robot, the leg state is divided into three different phases which are swing phase, transition phase and stance phase during one trot gait cycle. The non-continuous variable constraint between feet and environment of quadruped robot is studied. The dynamic model of quadruped robot is derived considering the variable topology mechanism characteristic, the periodic contact and elastic elements of the robot. The total energy consumption of walking robot during one gait cycle is analyzed based on the dynamic model. The specific resistance is used to evaluate energy efficiency of quadruped robot. The calculation results show the relationships between specific resistance and gait parameters, which can be used to determine the reasonable gait parameters. 展开更多
关键词 quadruped robot trot gait trajectory planning dynamic modeling energy efficiency
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基于Trot步态的四足机器人轨迹规划与仿真 被引量:4
12
作者 周枫林 王瑾元 +2 位作者 杨帆 周志华 陈腾飞 《长江信息通信》 2022年第8期13-19,共7页
文章针对四足机器人Trot步态进行研究,为提高四足机器人的运动稳定性,规划了三种足端轨迹,并进行仿真比较。首先,使用D-H法对四足机器人进行了单腿正、逆运动学分析,得到了关节角与足端位姿的关系,再使用MATLAB软件进行验证。其次,基于... 文章针对四足机器人Trot步态进行研究,为提高四足机器人的运动稳定性,规划了三种足端轨迹,并进行仿真比较。首先,使用D-H法对四足机器人进行了单腿正、逆运动学分析,得到了关节角与足端位姿的关系,再使用MATLAB软件进行验证。其次,基于足端零冲击原理,规划了复合摆线、三次多项式、带有后摆动作的五次多项式三种足端轨迹,最后,通过MATLAB与ADAMS软件进行联合仿真,根据质心稳定原理,选出了最优轨迹,证明了后摆五次多项式轨迹的优越性,实现了四足机器人Trot步态的稳定行走。 展开更多
关键词 四足机器人 trot步态 步态规划 五次多项式
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基于交叉耦合的四足机器人Trot步态控制研究 被引量:4
13
作者 罗继曼 马思源 +2 位作者 肖雅心 刘丰源 宋玉成 《沈阳建筑大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第3期554-562,共9页
目的提出一种基于单神经元PID与交叉耦合的联合控制转速的方法,提高少自由度四足机器人行走机构实现Trot步态时的稳定性和协调性。方法通过分析行走机构的结构特点和控制需求,针对行走机构转速控制进行方案设计;对单个行走单元的驱动提... 目的提出一种基于单神经元PID与交叉耦合的联合控制转速的方法,提高少自由度四足机器人行走机构实现Trot步态时的稳定性和协调性。方法通过分析行走机构的结构特点和控制需求,针对行走机构转速控制进行方案设计;对单个行走单元的驱动提出基于单神经元PID算法的控制策略,并在对角两个行走单元的控制系统之间引入交叉耦合控制策略,通过Simulink平台对以上控制方法进行控制仿真并进行实体实验验证。结果基于单神经元PID算法的控制方法比传统控制方法的转速调节时间提高了31.2%;采用单神经元PID算法与交叉耦合控制相结合的控制策略时,同步转速偏差波动幅度降低了28%。结论采用单神经元PID控制算法和交叉耦合控制策略能实现运动的精确控制,并具有良好的抗干扰性和鲁棒性;且两个行走单元能更好地同步协调运转,增强了该机器人的运动平稳性,确保了Trot步态的稳态运行。 展开更多
关键词 四足机器人 trot步态 同步控制 单神经元PID 交叉耦合控制
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Dynamic stability of quadruped robot walking on slope with trot gait 被引量:3
14
作者 雷静桃 Ren Mingming 《High Technology Letters》 EI CAS 2016年第1期1-9,共9页
The dynamic stability of a quadruped robot trotting on slope was analyzed.Compared with crawl gait,trot gait can improve walking speed of quadruped robots.When a quadruped robot trots,each leg is in the alternate stat... The dynamic stability of a quadruped robot trotting on slope was analyzed.Compared with crawl gait,trot gait can improve walking speed of quadruped robots.When a quadruped robot trots,each leg is in the alternate state of swing phase or supporting phase,and two legs in the diagonal line are in the same phase.The feet in the supporting phase form a supporting region on the ground.When a quadruped robot walks on slope,the vertical distance from zero moment point(ZMP) to the supporting diagonal line is defined as ZMP offset distance.Whether this distance is less than the maximum offset distance or not,the stability of robot trotting on slope can be judged.The foot trajectory was planned with the sinusoidal function.Based on the kinematic analysis,the ZMP offset distance of quadruped robot under different slope angles,step length and step height was calculated,then the reasonable slope angle,step length and step height for quadruped robot trotting on slope to keep dynamic stability can be determined.On the other hand,the posture angle of quadruped robot should be controlled within the desired range.Computer simulations were executed to verify the theoretical analysis.The study will provide reference for determining reasonable step parameters of the quadruped robot. 展开更多
关键词 quadruped robot SLOPE trot gait STABILITY zero moment point (ZMP)
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Compliant landing of a trotting quadruped robot based on hybrid motion/force robust control 被引量:2
15
作者 郎琳 王剑 +1 位作者 韦庆 马宏绪 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第8期1970-1980,共11页
A compliant landing strategy for a trotting quadruped robot on unknown rough terrains based on contact force control is presented. Firstly, in order to lower the disturbance caused by the landing impact force, a landi... A compliant landing strategy for a trotting quadruped robot on unknown rough terrains based on contact force control is presented. Firstly, in order to lower the disturbance caused by the landing impact force, a landing phase is added between the swing phase and the stance phase, where the desired contact force is set as a small positive constant. Secondly, the joint torque optimization of the stance legs is formulated as a quadratic programming(QP) problem subject to equality and inequality/bound constraints. And a primal-dual dynamical system solver based on linear variational inequalities(LVI) is applied to solve this QP problem. Furthermore, based on the optimization results, a hybrid motion/force robust controller is designed to realize the tracking of the contact force, while the constraints of the stance feet landing angles are fulfilled simultaneously. Finally, the experiments are performed to validate the proposed methods. 展开更多
关键词 trotting quadruped robots compliant landing joint torque optimization quadratic programming(QP) hybrid motion/force robust control
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Design of trotting controller for the position-controlled quadruped robot 被引量:1
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作者 张国腾 Liu Jinchang +5 位作者 Rong Xuewen Li Yibin Chai Hui Li Bin Zhang Hui Zhang Shuaishuai 《High Technology Letters》 EI CAS 2016年第3期321-333,共13页
This work presents a controller designed for position-controlled quadrupedal dynamic locomotion,aiming at simple and robust trotting control. The controller takes the torso attitude angles and velocities into planning... This work presents a controller designed for position-controlled quadrupedal dynamic locomotion,aiming at simple and robust trotting control. The controller takes the torso attitude angles and velocities into planning foot trajectories. Firstly design of the servo motor actuated quadruped robot is introduced and the kinematic equations are deduced. Then a scheme is presented for controlling the robot torso attitude based on the virtual leg model. Furthermore,it demonstrates the design of the controller which enables the robot to have a wide range of trotting gaits and omni-directional motions. Finally,results of robust trotting in various speeds,path tracking and push recovery in simulation are reported,and results of trotting on real quadruped robots will be studied. 展开更多
关键词 quadruped robot position control torso attitude foot trajectory trotting locomotion
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