机器人仿真论文阅读1_机器人仿真设计论文

1.张继禹等.一个大型机器人仿真系统-ROBCAD[J].哈尔滨工业大学学报，1993,25(3):108-113

摘要：在论述国内外..发展的基础上，介绍了....ROBCAD系统。阐述了ROBCAD地位及先进性，开发了...主要功能，分析了..关键技术，指出了国内研究的不足及发展方向。

0引言

1）仿真系统的地位：重要组成部分

2）国外的发展：英国、美国、日本

3）国内

4）ROBCAD介绍

1ROBCAD介绍

2机械设计、建模模块

3工业设单元设计、布置模块

4仿真模块

5结论

由以上对ROBCAD功能及关键技术分析研究中，可以看出，一个先进实用的机器人仿真系统应具备以下功能：

.与其他CAD系统兼容

.通用机器人运动学建模、运动学解调器。

.多运动机构互相通讯、协调作业仿真。

.离线编程、作业任务下装、上调。

这些技术，国内没有实现或没有完全实现，空白。是今后国内的任务和方向。

2熊光楞等.仿真技术在制造业中的应用与发展[J].系统仿真学报，1999，11(3):145-151

摘要：在制造企业产品设计和制造的过程中，计算机仿真一直是不可或缺的工具，它在....等方面发挥了巨大作用。制造业竞争的日趋激烈，...提出更高的要求。从发展的历程来看，....是仿真技术在制造业中应用的新趋势。按照...不同，可将..仿真分为四类：...本文将从以上四个方面，介绍...具体原因。本文最后还介绍了...,作为...展望。

1制造技术的发展历程

2计算机发展的发展及在制造业中应用的概况

计算机仿真技术的定位：新兴的高技术。作用：越来越大，在...方面发挥了巨大作用

应用领域：

趋势：

分类：

在本文的第三部分，将从以上四个方面，介绍...具体原因。除此之外，...简单介绍，作为...展望。

3计算机仿真在制造业中的具体应用

4面向制造企业其他环节的仿真

4拟实制造和虚拟现实

3.衣勇等.机器人仿真研究的现状与发展趋势[J].机械工程师，2009(7):62-64

摘要：机器人仿真技术是机器人研究领域中的一个重要部分。根据不同的仿真目标，选择相应的仿真软件是非常重要的。文中介绍了国内外常用的仿真软件及其特点。最后，展望了机器人仿真技术的发展趋势。

1引言

仿真技术是机器人研究领域中一个重要部分。随着....发展，机器人发展系统作为....的工具，发挥着越来越重要的作用。通过仿真试验来研究...已经是...必备方法之一。同时也为制造机器人提供了有效的参考依据。近年来国内人已有很多...问世。机器人仿真系统对理论和实践的价值、意义及作用是显而易见的。

2国内仿真研究的现状

探索阶段，二次开发，起步较晚，取得了一些成果。

2.1清华大学THROBSM机器人仿真系统

它包括..适用也对机器人动态控制和轨迹规划方法的研究。...配备了..功能，可作为。。。教学和培训的辅助工具

--直接是别人的摘要吧

2.2ROSIDY仿真软件

ROSIDY是上海交通大学机器人研究所的俞文伟和邓建..开发的。功能....实用价值，积极作用。

初步设计，结构设计

--直接是别人的摘要吧

2.3PCROBSM微机机器人仿真系统

清华大学的崔陪莲等开发。主要特色。。。。

运动学、轨迹规划、动力学、控制算法、力传感器和典型任务，特色：丰富的机器人控制算法和轨迹规划算法

--直接是别人的摘要吧

2.4刚柔耦合机器人动力学仿真系统

北京工业大学的陈晏、余跃庆等利用多体动力学软件...

利用LMSVirtualLab的多体动力学仿真和ansys的有限元分析结合

--直接是别人的摘要吧

2.5JOGL实现的机器人仿真系统Java对OpenGL API绑定的开源项目...

--直接是别人的摘要吧

2.6华北电力大学的机器人仿真通用实验平台

.......

matlab opengl  vc++6.o

--直接是别人的摘要吧

3国外仿真研究的现状

国外对工业机器人仿真系统的开发从1982年开始至1987年，基本.......

3.1DELMIA软件

..处于世界领先地位--广告词

3.2ADAMS软件

非常优秀的软件

复杂机械系统的虚拟样机，真实地仿真器运动过程，建立三维实体模型会十分困难

3.3ROBCAD

是....主要功能包括：----

大型机器人设计、仿真和离线编程，机器人库 动态图形仿真

3.4Matlab Simlink

系统动态仿真工具箱

无需编写文本形式的程序，只要通过一些简单操作就可形象地建立起研究系统的数学模型，并进行仿真分析研究

3.5webots

瑞士洛桑市瑞士联邦科技中心

超300所大学和研究中心采用。内建的传感器与制动器资料库，设定所有的机器人属性，整合开发环境，转移到世界的移动式机器人

3.6Microsoft Robotics Studio

免费下载、擅长的编程语言、支持web以及windows的监控，可以支持很多种机器人平台以及硬件

3.7Real Motion System

日本东京的Speecys公司开发，包括solidworks，3DCAD和COSMOSMotion以及一个机械仿真分析软件。无需真正的机器人原型就模拟了三维机器人运动。

4机器人仿真技术发展趋势

丰硕成果，热点1、2、3.。。

5结语

国外占主流，引领方向。国内起步晚，但取得 一些成果，迎头赶上。

4唐新华.机器人三维可视化离线编程和仿真系统[J].焊接学报，2005，26(2):64-68

摘要：提出了一种基于....系统。利用目前...,在系统中实现了...三维几何江门和机器人运动学建模，并研究 了机器人运动轨迹的自动规划和编程以及它的图形化三维动态仿真。采用...实现了...,通过采用.....实现了对。。。。验证。离线编制的程序在...实现了..,从而使得机器人离线编程的实用性得到大大提高。

0序言

为什么要离线编程

使用效率和经济性在很大程度上决定于它的编程方法。传统方法（在线示教）的缺点：生产任务更迭快 频繁编程；精度依赖操作者示教时的耐心细致和目测精度。离线编程。

1机器人的离线编程和三维图形动态仿真

什么是离线编程

什么是三维图形的机器人仿真和离线编程

2离线编程和仿真系统中三维动态图形的支持接口

direct3d和Open GL.采用OpenGL

3三维可视化离线编程和动态仿真系统的开发

总体功能，效果：编程系列等等提高，实现----，便于对。。。进行离线检查，从而对所编程序的可靠性进行检验并优化。

3.1系统交互式操作界面

3.2图标化交互式离线编程以及宏编程的应用

3.3多层多道焊机器人运动轨迹的自动规划

3.4机器人焊接过程的动态仿真

为什么？

特点：简单直观、成本低廉、安全可靠、高效省时、真实可信

4结论

(1)所开发的系统，具有...交互友好，简单明了，适合使用，通用性

(2)宏编程能力，随时调用，提高编程的速度和效率

(3)多层多道焊缝，该系统可以...

(4)通过...三维图形动态仿真，对...等进行离线检查，并以此对所编程序的可行性进行检验和优化。

5.蔡鹤皋等.机器人实际几何参数识别与仿真[J].中国机械工程，1998,9(10):11-14

摘要：机器人末端位姿的精度依赖于各连杆几何参数的精度，为了提高机器人的位姿精度，需要对机器人进行标定。（原因）讨论了运动学模型的建立方法，基于修正的DH模型（MDH）和微分变换关系推导出机器人实际几何参数识别的全部公式。（内容）该方法要求策略各关节角的码盘数值和机器人的基座标下的位姿。仿真表明，该方法适合于对机器人进行几何参数识别，并可提高其综合性能。（效果、结论）

前言：机器人精度依赖于运动控制精度和操作器采用的几何参数的精度。为提高机器人的精度，可以采用标定的方法来识别机器人的几何参数，并且将此参数用于修正控制系统的动力学模型。传统方法的不足：运动学模型是关键，但DH模型在个别情况下存在不足

1机器人运动学模型

杆件坐标系的建立

2几何参数识别模型

解出误差模型

3几何参数识别

有误差，广义逆，极小最小二乘解，残差向量的平方和表示性能优劣

4数值仿真

标称值与实际测量值，识别值与实际值的误差

用RMA-I型机器人运动精度测试仪，由假设实际几何参数生成m个相应的工具位姿点，同时考虑测量白噪声，然后生成工具构件总的误差

5结论

本文采用的机器人运动学模型是5个参数的修正的DH模型，其参数与DH参数相似，但克服了DH模型的不足。

基于MDH模型推导的机器人实际参数模型识别公式适用于串联型机器人几何参数的标定。

仿真表明，....可以...,可用于识别...几何参数。

用标定后的实际的运动学参数修正控制器几何模型，可将机器人的绝对位姿精度提高一个数量级，从而提高其综合性能，并有利于实现机器人的离线编程。

6.孙增圻.机器人系统仿真及应用[J].系统仿真学报，1995，7(3):23-29

摘要：本文首先介绍机器人系统仿真技术的发展概况及其主要应用，然后介绍所研制的机器人仿真系统THROBAM，着重介绍它的原理、结构、功能和特点。

1机器人系统仿真技术的发展概况

国外：美国Cornell大学 inerrabelle 德国saarlandes的ROBSIM，美Maryland大学DYNAMAN，美MIT的OPTARMII，美Michigan大学PROGRES。美McAuto公司的PLACE 。Calam公司的Robot-SIM......

国内：80年代后期，清华大学、浙江大学、沈阳自动化所、上海交大、哈工大、北航、国防科大

2机器人仿真技术的应用

机器人仿真主要应用在两个方面。一是机器人本身的设计和研究，这里机器人本身保留机器人的机械结构以及机器人的控制系统，它们主要包括机器人的运动学和动力学分析。各种规划和控制方法的研究等。机器人辅助系统可为这些研究提高灵活和方便的研究工具，它的用户主要四从事机器人设计和研究的部门和高等学校。机器人仿真的第二个方面的主要应用是哪些以机器人为主体的自动化生产线，它包括机器人工作站的设计、机器人的选型、离线编程和碰撞检测等。机器人可为此提供既经济又安全的设计和实验的手段，它的用户主要是那些使用机器人的产业部门。目前，用于这方面的机器人仿真系统最常见的ROBCAD和IGRIP。

离线编程

教学和培训

遥控操作机器人：1993年德国空间研究机构在美国的”哥伦比亚“号航天飞机上进行搭载试验，延时7秒钟，手控操作困难。实时仿真，虚拟环境。实际机器人在几秒钟后跟着仿真图形的动作而动作，从而实现地面控制人员对空间机器人的遥控操作，有效地解决了大延时的问题。

3THHTOBSM的总体结构和功能

背景：大型机器人仿真系统，国家自然科学基金、国家高科技计划自动化领域智能机器人主题的支持

组成：单手系统仿真、双手系统仿真及图形仿真三部分

该系统尤其适合于对机器人进行控制和轨迹规划方法的研究。

4单手系统仿真

单机械手仿真是整个仿真系统的基础，它分为如下两个层次

4.1单手仿真一级系统

机器人的运动学、动力学、轨迹规划和控制系统的仿真，它们是机器人仿真计算的核心部分。其主要内容包括正逆运动学计算、雅可比矩阵及其逆和导数的计算、利用牛顿-欧拉递推算法的动力学计算、在关节空间中的多项式插值及圆滑过渡的线性插值、在直角坐标空间的线性插值饿圆弧插值，控制系统的仿真计算包括了独立关节的PID计算、分解运动速度控制、分解运动加速度控制、计算力矩控制、变结构控制、自适应控制及柔顺控制等十多种控制算法。此外系统还提供了方便的接口，便于用户加入新的控制和规划算法

4.2单手仿真二级系统

在一级系统的基础上增加了机器人语言、力传感器仿真、典型任务仿真、三维图形显示及示教功能

机器人及环境建模、运动数据、碰撞检测、图形显示

5双手系统仿真

双手系统仿真是在单手系统仿真的基础上对两个机械手协调动作共同误差任务机械仿真。典型的任务如双手搬重物，双手拿剪刀，双手拧螺丝等

5.1双手仿真一级系统

包括机械手的运动学、动力学、轨迹规划和控制系统的仿真，它们是整个仿真系统的核心计算。由于两个机械手协调作业时互相耦合，构成闭链结构，因而运动学和动力学的计算比单手情况复杂得多。

5.2双手仿真二级系统

6三维图形仿真

重要组成部分，直观，增强人机交互能力，为机器人仿真系统得推广应用打下了良好得基础。

7结束语

本文介绍了机器人仿真技术得发展概况及其主要应用，并具体介绍了我们所验证得机器人仿真系统THROBSM

7张永德.基于 ANSYS 与 ADAMS 的柔性体联合仿真[J].系 统 仿 真 学 报,2008,20(17):4501-4504

近年来，柔性体仿真已成为仿真领域的一个研究重点和 热点，它在机械、航空、船舶等领域都有着广泛的应用 前景。因此采用ANSYS和ADAMS软件的联合仿真应运而生,...

本文中的牙弓曲线发生器是...所以它的运动仿真以及所受应力应变的分析就显得至关重要。本文通过ANSYS和ADAMS的联合仿真，建立牙弓曲线发生器的柔体模型，对其进行运动仿真并进行了应力应变分析。仿真结果验证了该方法的有效性。

1 柔性体仿真的数学模型和运动微分方程

首先,对柔性构件建立一 浮动坐标系...提出了动力学模型。在具体的建模过程中先将构件的浮动坐标系固化,...有限元进行离散,

然后仿照多刚体系统动力学的方法建立离散系统数学模型

1.1 柔性体的表示

1.2 柔性体的运动微分方程

2 柔性体联合仿真的具体实现

2.1 ANSYS 柔性体有限元模型的建立

2.2 柔性体模态中性文件的生成

2.3 运动仿真及载荷文件的输出

3 仿真结果讨论

为了得知仿真过程中牙弓曲线发生器内部的应力和应 变的变化，通过 ANSYS的时间历程后处理器绘制出应力和 应变随仿真载荷步变化的曲线。

随着仿真的进行，应力和应变不断增 大，这与实际相符，因为....

图、表、曲线

4 结论

本文采用...方法对...进行了运动仿真,... 应力应变的分析,运用联合仿真的方法可以...，结合了..优势并大大提高了分析效率。此外，本文的分析也为进一步....奠定了良好的基础。
8.罗家佳等.基于 M AT LAB 的机器人运动仿真研究[J].厦门大学学报(自然科学版),2005,44(5):640-644

摘要 : 按照一定的要求对一种柱面坐标机器人进行了参数设计 , 讨论了该机器人的运动学问题 , 然后在 MATLAB 环境 下 , 用 Robotics To olbo x 对该机器人的正运动学 、 逆运动学 、 轨迹规划进行了仿真 . 通过仿真 , 观察到了机器人各个关节的 运动 , 并得到了所需的数据 , 说明了所设计的参数是正确的 , 从而能够达到预定的目标 .

随着科技的发展 , 机器人与人类的联系日益密切. 出于对机器人的兴趣和关注 , 人们更加想了解机器人, 学习机器人 , 因此,进行机器人的教学和培训就显得尤 为重要. 仿真 系统 , 它可为此提供一个方便 、 灵活的试验工具和手 段

对机器人进行图形仿真 ,...以图形的形式表示出来 ,...直观...许多重要信息...看到...运动规律....基于以上叙述 ,本文首先设计了...

然 后详细讨论了正 、逆运动学算法, 轨迹规划问题,最后... 快速完成了运动学 仿真 . 在仿真过程中 , 不仅直观地观测到了机器人的运

动情况 , 还得到了所需的数据 ,且以图形的形式显示了出来 .

1 柱面坐标机器人参数设计

1 . 1 D - H 变换

1 . 2 机器人参数设计

柱面坐标机器人主要由....构成.....

具体参数，表

文中设计的柱坐标机器 人用于作为搬运机器人或装配机器人 , 要求能够实现.....

2 机器人运动学仿真算法

2 . 1 机器人运动学正问题

是什么，怎么样

2 . 2 机器人运动学逆问题

是什么，怎么样

3 轨迹规划

是什么，为什么、怎么样

4 MAT LAB 运动仿真

4 . 1 运动仿真

代码、注释、解释

4 . 2 仿真结果分析

图

...机器人后三个关节的运动可以使末端关节具有不同的姿态,也说明了设计的参数是合理的.

...各个关节运动情况均为正常 , 各连杆没 有运动错位的情况 , 从而验证了所有连杆参数的合理 性 , 且说明了各参数的设计能够实现预定的目标 .

...由末端关节的位姿变化也可以看出 , 机器人后三个关节的运动可以实现不同方位的姿态 , 即再次说明了其参数的合理性

 

5 结束语

本文对一柱面坐标机器人进行了参数设计 ,分析 了它的运动学问题和轨迹规划问题. 在 MA TLAB 环境下 , 编制简单的程序语句 , 对该

机器人已规划好的轨迹进行了运动学仿真 , 验证了参 数的合理性 , 达到了良好的效果 .

9.陈新荣等.基于虚拟样机的机器人仿真[J].北京工业大学学报，2004,30(1):38-40

摘 要: 为 了 提 高 机 器 人 设计 的效 率 和 可 靠 性 , 运 用 并 简 化 A D A M S 和 M A T L A B 的接 口 , 在M A T L A B/ S IM U LIN K 里增加了电机仿真模块 , 弥补 了 A l认M S 中刚性 电机 的不足 , 成功地 对一平 面二 自由度机器人机械 臂进行 了仿真 , 径 向误差 < .0 0 65 m m , 末端终点误差 < .0 0 60 m m . 仿真结果表明, 这种方法可 以较好地虚拟仿真 机器人模型.

在机 器人 的研 制、 设 计和 试验过 程 中 , 理想 的仿真应 满足:...matlab adams...作者 利 用 A D A M S 软件 和 M A T L A B 软件 的接 口 实现 了机 器人 的虚拟 仿真 , 并且过程 非 常简单和 直观 , 大大提 高 了 研究 效率 , 节 约 了 时间和费用 , 实现 了高质量 、 快速 、 低成本 的设计

1 仿真的意义

机械系统、控制系统 协调

简 化 了建 模 过程

2 机 械 系 统 建 模

3 控 制 系 统 建 模

4 仿 真 步 骤

5 仿 真 实 例

就是一个题目 图、表

6结论

作 者运用 了 A D A M S软件和 M A T L A 软件B的接 口 技术并 对其作 了简化 , 对平 面二 自由度 刚性机 器人 进行 了仿真研 究 , 研 究结果 表 明 A D八 M S 软件 和 M A T L A B 软件 的结 合是成 功 的 . 利用这 种接 口 , 可 以 全 面研究 机器人机 械系 统和控制 系统综 合作用 的结果 , 使研究人 员在机 器人运 动分析 中不需进行 大量计 算.

10.何冬青等.四足机器人动态步行仿真及步行稳定性分析[J].计 算 机 仿 真,2005,22(2):146-149.

摘要:为了研究影响四足机器人动态稳定步行的因素, 使用 ADAMS 虚拟样机软件对四足步行机器人动态步行进行运动仿 真。 文中详细叙述了从机器人的运动轨迹规划、将MATLAB 计算数据输入ADAMS , 到由 ADAMS 施加力和约束、建立步行机 器人虚拟样机的具体方法和步骤。 从理论及仿真结果两方面对影响机器人稳定步行的因素进行了较全面的分析和验证, 如 步长、步行周期、起步等。 通过虚拟样机实验弥补了由于客观条件限制无法在物理样机上进行的部分实验内容, 发现了机器 人起步方式对步行稳定性具有明显影响并进行了分析。 研究结果及所用的MATLAB -ADAMS 联合仿真方法对四足步行机 器人的设计研究以及仿真实验工作都具有指导意义。

1 引言

...四足步行机器人...其研制工作一直受到各国的重视。...当今四足机器人的研究重点是如何实现高速动态稳定步行 。

实际过程中对机器人动态稳定步行的影响因素错综复 杂... 由于仿真的方法可以在建模过程中突出重点研究内 容 , 具有速度快 、 操作方便 、 成本低等优点 , 通过仿真实验对 研究成果进行验证已成为一种主要的方法 。...

adams

上海交通大学研制的四足机器人 JTUWM-Ⅲ...我们在 JTUWM -Ⅲ 基础上使用 ADAMS虚拟样机软件对四足步行机器人建立刚体模型, 初步建立起动态步行仿真实验平台,...进行了多种...对比仿真实验, 用以研究这些参数...具体影响。 通过仿真实验首次发现....。 同时, 在....基础上对......理论分析, 如步长、步行周期、起步等, 分析结果与实验结果相吻合。 为我们下一步....的研制工作打下了良好的基础。

2 虚拟样机仿真模型的建立

2 . 1 运动轨迹规划

2 . 2 虚拟样机的建立

3 仿真实验内容 、 结果及分析

3 . 1 质量对比仿真实验结果及分析

3 . 2 起步对稳定性的影响及分析

3 . 3 步长对比仿真实验结果及分析

3 . 4 步行周期对比仿真实验结果及分析

4 结论

通过大量的仿真实验对比分析及理论分析发现 , 影响四 足步行机器人动态稳定步行的因素很多 , 分为以下几个方面 讨论

1 ) 步长及步行周期

2 ) 步行机器人的质量

3)起 步对 步行的稳定性 有明 显 影 响。 当起步位置为 x =S/6 时 机 器人的稳定性 最好, 而 通 常 采用的对称起 步(x =S/4)的 稳定性不如前 者。 这是仿真 中的一个重要 发现。

4 )其 它因 素

本文从设计和规划角度对影响四足机器人动态稳定步 行的主要因素进行了仿真实验和分析 , 所得结果供同行研究 指正 。 使用 ADAMS 进行仿真试验的方法也可供同行参考和 借鉴 。

11杨磊等.虚拟现实技术在机器人技术中的应用与展望[J].机器人,1998,20(1):76-80

摘 要 :本文综述了虚拟现实技术在机器人领域应用的最新进展.分析了虚拟现实技术的研究 背景和状况.重点介绍了作为遥操作界面、机器视觉三维表示、系统仿真方面的应用实力和发展状况 . 分析了相应的发展前景 ,并对当前虚拟现实技术应用中出现的问题提出了建议 .

1 引言

虚拟现实技术 (Virtual Reality ) ,又称灵境技术 ,是 90年代为科学界和工程界所关注的技 术.它的兴起 ,为...

2 研究现状 

...虚拟现实本身的技术而言 ,它主要涉及 到 3 个研究领域 :

· 通过计算机图形方式建立实时的三维视觉效果 ;

· 建立对虚拟世界的观察界面 ;

· 使用虚拟现实技术加强诸如科学计算技术等方面的应用 .

...虚拟现实技术的研究大致可以分为 3类.第一类是研究虚拟人机交互界面 ,这一类人员大多是由研究图形学、行为学或是心理学的专家组成;第二类是研究虚拟现实系统的构造技术 ,主要研究内容包括实时生成有真实感的图形画面的算法和硬件体系结构 ,较有代表性的研究机构是 North Carolina大学;第三类着重于研究虚拟现实的应用.在这一研究人员中 ,人工智能界显示出了高度的热情 .有许多的人工智能理论专家和机器人专家参与研究.较有代表性的研究机构有美国的卡内基梅隆大学...

虚拟现实技术目的是提供一种崭新的人机交互环境 .这种人机交互环境与以往的三维交 互环境不同 . 它提供给使用者的不仅仅是简单的三维的物体 , 而且还有沉浸感 . 从这一点来看 , 与以往的人机交互方式不同 , 虚拟现实所需要加以利用的不仅仅是计算机这个工具 ,更多的需 要考虑人的思维和感觉的方式 . 虚拟现实的另一个特点是多感知方式 .现代的科学技术发展加 深了对感觉的分类 . 按照刺激物与感官的接触方式 , 可以将感觉分为距离感和接触感 .根据医 学临床 , 也可以分为体表感觉 、 深度感 、 内脏感 .虚拟现实技术的目的决定了必须实现对虚拟物 体的感觉上的模拟 . 因此 , 虚拟现实在这一点上依赖于多传感器的信息融合技术 .

 3 虚拟现实在机器人领域的应用

...已经有广泛的应用...主要集中在以下几个方面: 作为遥操作界面 ,可以应用于半自主式操作;作为机器视觉 中自动目标识别和三维场景表示的直观表达;建立具有真实感的多传感器融合系统仿真平台.

3. 1 遥操作界面

3. 2 三维场景的表达和自动建模

3. 3 基于虚拟现实的仿真平台

4 虚拟现实系统评价

具有什么功能的系统才能算得上是一个理想的虚拟现实系统 ? 专家们指出不仅要完成以 上提到的性能 , 而且要满足这样一些要求 :

· 首先 , 虚拟世界的数据库能够包容较大的数据量 , 以保证能够完成较为复杂的工作 ;

· 再者 , 从标准草图和标准的系统 ( 传感器 ) 的数据中能够自动生成模型 ,而不必通过其他 的辅助工具或是编程来构造模型 ; 另外 ,从如照片或是效果图中可以自动为虚拟世界中的物体 生成颜色 , 自动调解灰度和饱和度 , 而不必让人工完成这一繁重的体力劳动 ;

· 最后 , 观察虚拟世界的工具 , 例如装有立体眼镜的头盔能够有广泛的自由度 ,这样观察者才不会受到限制 .

5 展望

虚拟现实技术的起源和发展都得益于许多机器人技术 , 例如传感器技术 .反过来虚拟现实 技术又为机器人领域提供了一个强有力的技术手段 . 当前 ,世界上已经有许多的研究人员从事 这些方面的工作 . 有的刚刚起步 , 有的已经卓有成效 . 虽然已经开发出许多实验性系统 . 但是 , 在实际中的虚拟现实技术的应用仍存在有许多困难 . 首先 ,新的人机界面方式需要使用者逐步 适应 . 其次 , 我们还缺乏对人类本身的认知过程的理解 .这几个问题已经成为虚拟现实技术发 展的主要障碍 .

当前 , 国内的虚拟现实技术在机器人领域的研究刚刚起步 , 未能广泛的开展 .而国际上对 这一领域的研究还局限于机械手 , 水下机器人 ,空间飞行器和陆地上障碍物较少的地面环境的 移动机器人 . 这主要是由于机器人技术本身对环境感知的能力还很有限 ,尤其是视觉领域对环境的实时建模的技术还不成熟.相信 ,随着计算机技术和相关技术的发展 ,虚拟现实技术会随着这些问题的解决得到进一步的完善 ,而走向实用化 .

前途是美好的，道路是曲折的。：问题是什么

12.Yudi Isvara, Syawaludin Rachmatullah, Kusprasapta Mutijarsa, Dinara Enggar Prabakti, Wiharsa Pragitatama.

Terrain Adaptation Gait Algorithm in a Hexapod Walking Robot.2014 13th International Conference on Control, Automation, Robotics & Vision,2014 (ICARCV 2014):1735-1739

六足移动机器人地表适应步态算法

abstract：

This paper proposed a simple but effective gait algorithm for hexapod robot to navigate in an uneven and rough

terrain. The robot has six legs with three joints in each leg and actuated with 18 servo motors. The tactile sensor, which is simply a normally open push button, is placed in each end of leg to sense  if the leg touch the ground. The main purpose of this research is to  make the robot able to walk in an uneven terrain with the simple gait algorithm. The inverse kinematics method is used to calculate every angle of the joint from the given desired position of six legs. The implementation result in the end of this paper shows this algorithm succeed to make the robot navigate in rough an

unstructured terrain.

I. I NTRODUCTION

为什么要研究？

1.腿的增加使得自主机器人步行稳定性增加，且六足更容易获得稳定性

2六足可以在任意方向移动，可以探险

3首要问题是研究步态，或足部运动的顺序序列

4.应该适应不同的地表

5早期的研究方法：

a力传感器和位置控制，关节力传感器

b基于足部运动和机体中心的力阈值方法，足部末端力传感器

c四个足部末端力传感器，力心（center of force）

d本文：采用贝塞尔曲线控制足部运动曲线，用关节处的开关做触觉传感器

文章结构

II. M ECHANIC D ESIGN OF R OBOT

机械设计

总体、腿、坐标系：关节坐标系、机体坐标系、世界坐标系

电机、控制器

III. K INEMATICS M ODEL OF H EXAPOD R OBOT

 

运动学模型

运动学：解释

逆运动学：解释  

方法：矩阵代数、递推迭代、几何

本论文采用几何方法

本论文 主要分析逆运动学。针对逆运动学，本文给定限制，使得给定足部末端位置，一定有几何解

图还标错了，哈哈

IV. D YNAMIC M OVEMENT

采用三足步态：非常稳定

三足步态又分为两个阶段：sewing（摇摆） 和stance（站立）

腿部运动采用四阶贝塞尔曲线

Where each point P1, P2, P3, and P4 is the vector with two elements in Y and Z axis. Variable t denotes the iteration start

from 0 to 1 with 0.04 increment.

V. T HE T ERRAIN A DAPTATION G AIT A LGORITHM

VI. E XPERIMENTS

照片

VII. C ONCLUSION

This paper presented a gait algorithm of hexapod robot when walking in uneven and unstructured terrain. Tactile sensors

enabled robot to sense if the end of leg has touch the ground. Then the experiment using GHex-V1 hexapod robot using this gait algorithm show the stability when walking through uneven terrain. The future work in this area will focus on optimization in gait algorithm so the robot can walk efficiently.

这是一篇会议论文，看过后的感觉是：这就是外国的论文！并不想原先想的那么样。

13.唐火红等.液压驱动双足机器人步态规划及动力学仿真[J].机械设计与制造,2020,4:248-253

摘 要：为实现双足机器人步行运动，提出了一种双足机器人平地行走步态规划算法并对其进行动力学仿真验证。首先 利用二维倒立摆模型以及五次多项式分别对机器人质心、踝关节运动轨迹进行规划，再通过建立机器人运动状态几何模 型，对运动过程中机器人腿部关节运动轨迹进行规划，得到关节角运动轨迹，借助 MATLAB 仿真获取机器人下肢各个关 节运动曲线。然后利用动力学仿真软件 Adams 对虚拟样机进行仿真，实现了机器人虚拟环境下的平地稳态行走，仿真验 证了步态规划算法的可行性。

1 引言

自机器人诞生以来，仿人双足机器人一直是专家学者们的 研究热点，如何在真实环境下稳定行走是双足机器人研究中的核 心问题之一. 机器人步态规划是通过控制机器人的步行条件 、 步 态参数与确保其稳态步行的约束条件，从而确立步行系统的各关 节运动在时间及空间上的一种协调关系，此协调关系可由各关节 的一组时间函数进行表示.

双足机器人是一个强耦合 、非线性的多自由度复杂动力学 系统 ，可通过降阶 、解耦等方法简化为简单模型对其展开步态规 划，譬如：连杆模型 、 倒立摆模型 、 弹簧质量模型 、小车桌子模 型 、 虚拟模型等。 倒立摆模型的研究最初源于麻省理工学院，维修

[9]进一步提出线性倒立摆模型，该模型将机器人支撑脚视为是模 型支点，将机器人的质心视为是倒立摆质点，将机器人的腿近似

为一个可伸缩的无质量摆杆 。倒立摆运动时，通过摆杆的收缩与伸展以保证支点高度的恒定不变 [8] 。

建立二维倒立摆模型对双足机器人平地稳态行走进行步态 规划，结合虚拟样机仿真技术，利用 ADAMS [10]仿真软件对步态规 划后的双足机器人进行仿真分析，验证机构设计 、 运动学模型、步 态规划的合理性与可行性，同时获取机器人运动学相关参数，为 液压驱动元件选型 、 样机优化提供参考依据 。

2 双足机器人简介

3基于倒立摆模型的双足行走步态规划

机器人步行模式的优劣影响其运动表现，步行模式的合理 性可以通过实验验证 。 基于生成的步行模式，可以更加方便的调

试机器人。将机器人的步行模式分解到矢状面和冠状面分别进行 规划 。基于倒立摆模型描述质心轨迹，基于五次插值多项式描述踝关节轨迹 。

 

3.1 矢状面内的质心运动规划

单腿支撑阶段，采用二维倒立摆模型对其运动进行研究. 最后由仿人机器人步行运动的周期性与对称性，以及几何

关系，我们得出仿人机器人质心的空间坐标函数：

3.2 矢状面内摆动腿踝关节运动规划

考虑到落地瞬间机器人脚底对地面的冲击，有必要正确地 规划机器人摆动腿踝关节运行轨迹，尽可能削弱上述冲击力 。

3.3 矢状面内支撑腿及摆动腿关节转角规划

根据机器人尺寸，简化为连杆模型，获得支撑腿和摆动腿各 关节几何关系

3.4 冠状面下机器人运动规划

不同于矢状面内前进运动，机器人冠状面内的运动主要起 保持重心平衡的作用，同样采用倒立摆模型并建立连杆模型，利

用运动时的几何关系得出各关节运动角

4 动力学仿真

规划和仿真比较

5 结论

据机器人的结构特点，我们采用倒立摆模型规划机器人质心轨 迹，基于五次多项式拟合踝关节轨迹，通过对机器人矢状面与冠状面的运动分解获得了步态周期内各关节角的变化曲线，实现了 机器人平地行走步态规划 。 通过在 SolidWorks 中建立模型，联合MATLAB 与 Adams 对机器人进行动力学及运动学仿真，实现了 机器人的稳态行走，得到了机器人质心位移 、 踝关节轨迹 、 各关节

角度 、 角速度变化曲线及各关节力矩曲线 。

由步态仿真结果得出机器人可实现平地稳态行走，通过对比 Adams 仿真数据及 MATLAB 规划曲线证明机器人可以按照规划 的曲线及关节角运动，充分说明结构设计 、步态规划的合理性和有 效性，同时为后续样机优化改进 、 液压缸选型提供了参考依据 。

14.陆志鹏等.仿真双足机器人控制系统设计[J].南方论坛，2003.3：31

摘 要 ： 随着新技术的发展 ， 人们对机器人移动的要求不再拘泥于简单的轮胎和履带 ， 仿真双足机器人由此应运而生 ， 该机器人可以在

小型板材加工等生产线上部分替代工人作业 。 本文介绍了一种小型仿真双足机器人 ， 包括主要机械结构 、 运动方案 、 电源技术 、控制策 略的设计 ， 对此类机器人运动状态下的平衡及稳定性做了技术分析与改进 ， 仅供参考 。

 

由于仿真双足机器人具有模仿人类行走和能耗低的特性， 其在复杂的环境路况中有更好的适应力 [1] ，以及能在危险场所中 进行作业 ， 也可以在板材加工 、生产线上及快递行业等频繁走动 岗位上部分代替人作业 ， 减轻工作人员的移动频率 ，具有更好的 经济效益 。 同时双足机器人在医疗领域也有着重大的作用 ，对于 一些腿部残疾的人安装高自由度的机械足可以帮助他们重回正 常生活 ， 因此研究和分析仿真双足机器人有重要的现实意义 。

1 仿真双足机器人的机械结构

1.1 主要动力部件

1.2 机器人的关节设计

2 机器人运动方案的确定

3 控制方案与程序设计

3.1 单片机的选型

3.2 控制方案

3.3 程序设计

4 结语

本文介绍了一种小型仿真双足机器人的机械结构 ， 运动方案 ， 电源技术 ， 控制方案的设计 ，对双足机器人的运动稳定性进 行了一定的优化 ， 采用 C 语言实现了仿真双足机器人的直线行 走的控制 ， 达到了预期的目的 。

15.张晨曦.小型仿人双足机器人步态规划与仿真分析[J].人工智能与传感技术,2020,2:51-54

摘 要 ： 针对双足机器人动力学系统复杂 、 运动学分析较为困难的问题 ， 结合人类行走特点 ，文章建立了双足机器人 下肢结构运动模型 。 为了使机器人行走更自然 ， 增强机器人行走的稳定性 ， 对双足机器人进行了步态规划 ，并且利用三 次样条插值方法通过 ＭＡＴＬＡＢ 仿真得到机器人各关节的平滑运动轨迹 ， 验证了步态规划的可行性 。

0引言

机器人是 ２１世纪最具有代表性的高科技研究课题之 一 ， 涉及力学 、 仿 生 学 、 控 制 论 、 计 算 机 、 机 械 学 、人 工 智能等多学科领域 。双足机器人则是机器人领域较为活 跃的研究热点之一，...实现稳定步行是双足机器人的首要任 务，而合理的步态规划又是稳定步行的基 础。因 此，本 文对双足机器人进行了步态分析，并建立其运动学模型， 根据三次样条插值法得到了机器人各关节的运动轨迹。

１ 步行分析

...双足机器人在进行静态步行运动时，周期交替性地出 现双足支撑和单足支撑，因此可以将一个完整的步行周期 分为双足支撑期和单足支撑期。双足支撑期是指机器人双 脚都与地面接触的时间段，它开始于前脚的脚后跟接触地 面，结束于后脚的脚尖离开地面；单足支撑期是指由一只 脚接触地面支撑身体的时间段，在此期间，另一只脚离开 地面从后向前摆动。双足机器人双足支撑和单足支撑交替进行向前步行。但在一个步行周期内，双足支撑和单足支 撑所占的时间比例合理，才能保持平衡。

２ 运动建模

建立双足机器人的运动模型是对其进行步态规划及稳 定性分析的基础 。 本 文 设 计 了 具 有 １０个自由度的双足机 器人下肢结构 。

...

３ 步态规划

双足 机器人一个完整的步行过程包括起步阶段 、周期步行阶段 和止步 阶 段 。 本文主要讨论周期步行阶段 ，对 象 为 摆 动 腿 ， 利用三次样条插值法规划各关节的运动轨迹 。

３ ． １ 脚掌倾角规划

３ ． ２ 踝关节轨迹规划

３ ． ３ 髋关节轨迹规划

３ ． ４ 膝关节轨迹规划

４ 结语

本文结合人类行走姿态的特点 ， 设 计 了 具 有 １０个 自 由度的双足机器人下肢结构 ， 采 用 Ｄ － Ｈ 法建立了运动学 模型 。 采用三次样条插值方法 ， 利 用 ＭＡＴＬＡＢ仿 真 得 到 了机器人前向运动平面内踝关节和髋关节的平滑运动轨 迹 ， 并且运用几何方法推导出了膝关节的坐标 。 同 时， ＭＡＴＬＡＢ 的仿真结果 表 明 ，本文所设计的步态规划是合 理可行的 ， 为下一步机器人样机的研究奠定了基础 。

16.王治平等.基于动态控制的双足移动机器人自平衡研究[J].电脑知识与技术,2019,15(2):187-189

摘要：当下，移动机器人的运用愈来愈为广泛，由最初再现式机器人发展至自主型机器人，再进入到当前智能机器人，几乎 每个领域都能够发现它的存在，对于它的研究也愈来愈受到学术界所关注。本论文简要诠释动态控制理论，阐述自平衡机器人工作原理，分析自平衡的实现及其系统模型的建构。在此基础上，展开动态控制下双足移动机器人自平衡的设计 与制作，包括电机方案、机器人身体和附件、电源方案、芯片运作方案以及机器人动态控制的计算方法等内容。

机器人学的产生，双足机器人的特点：...双足自平衡机器人产生... 本论文基于动态控制的相关理 论来研究双足移动机器人的自平衡内容。

1 动态控制基本理论概述

动态控制指的是项目在构建与实施时，因为时空发生了主客观的改变原因而展开的对项目进行管理的方法论...

动态控制的原理主要有：

（1）对项 目的目标做好动态控制的预备性工作，分解项目所设立的目标 (包括质量、投资、进度、成本等)，从而界定应用在掌控目标控制规划数值；

（2）动态地跟踪与控制项目的具体实施进度。

其又 包括如下的几要素：

①搜集项目对应的目标的现实数值，包括现实的成本、施工的进展以及现实施工的质量等方面；

②定期 的比对并分析项目的现实值以及计划值，若出现偏差情况，须 及时地采纳纠偏的对策及时地调整。

就本论文而言，动态控制 主要指的是在设计双足移动机器人自平衡时进行实时地控制 ， 若出现设计上的偏差现象时，及时地通过相关的程序加以 控制。

2 动态控制下双足移动机器人自平衡模型建构

2.1 自平衡机器人工作原理

双足移动自平衡机器人的工作原理如下：将全部成对式的 组件均等地放置于机器人两边，全部单一型的组件叠置于其中 心面处，目的在于确保结构的对称性；另外，机器人的质量关键 体现于下板与顶端，从容而确保控制的容易性... 因而，自平衡控制据 此提出的基本理念为：若对倾斜角度进行测试的传感器测试到 的机器人出现倾斜现象时，控制体系基于检测所获取倾角出现 单个相应的信号，经由电机驱动对应的双足来控制机器人即将 倾倒的方向，从而确保机器人处于动态的平衡状态之中。

2.2 自平衡的实现

基于2.1的工作原理可知，当双足移动机器人受到控制时，它的机器人身体状态改变会导致机器人身体出现静止、前倾与后仰等3类运动状态。若受到准确地控制，那么机器人身体即可以维持平衡的状态，从而达到自平衡的实现：1）前倾：即机器人身的重心往前，那么机器人身体也即往前倾斜，驱动的双足向前移动，从而确保机器人的平衡性。2）静止：双足移动机器人身体的重心处在电机的轴心线正上方处，此时即达到动态的平衡静止，无须任何的控制。3）后仰：即机器人身的重心往后，那么，机器人身体也同步往后偏斜，驱动的双足往后移动，从而确保机器人的平衡性。
总之，双足移动机器人自平衡控制的主要实现方式为：在测试倾斜角度对应的传感器测试到机器人身体出现倾斜时，动态控制体系即会基于所检测的倾角出现单个对应的力矩，借助于控制机器人的电机驱动2只脚往人身所要倾倒的方向进行运动，从而确保机器人自平衡的实现。

2.3 自平衡机器人的系统模型

...（ 1 ）...机器人身与竖杆能够被进一步看作能够围绕着转轴进行旋转的一个刚性的振动体； （ 2 ）把双足看作一个外形与质量布局均匀的圆盘体。

3 动态控制下双足移动机器人自平衡的设计与制作

3.1 电机方案

3.2 机器人体和附件

3.3 电源方案

3.4 芯片运作方案

3.5 机器人动态控制的计算方法

机器人动态控制算法是控制的重点。本论文采纳的是查表法来展开计算，即基于二维模糊控制器控制的相关规则...

4 结语

本论文简单地阐述了动态控制的相关理论，然后基于该理论对双足移动机器人自平衡展开了相关的研究，阐述自平衡机器人工作原理，自平衡的实现及其系统模型的建构。在构建好 相关的模型体系的基础上，展开动态控制下双足移动机器人自 平衡的设计与制作。由于该类型的机器人体现出体积较小以 及灵活性等优点，从而适用于危险与狭窄的环境中工作，从而 具备良好的运用发展前景。

17.姚 道 金等.面 向 变高度连续 台阶的 双足 欠驱动步行稳定控制[J].机 器人,2018,40(5):712:722

摘 要 ： 针对 欠驱动 双 足机 器人在 已 知 变高 度 台 阶上 的 稳定 控制 ， 提 出 了 一 种 基于 自 适应 前 馈 算法 的 稳定 步 行控制 策略 ． 首 先 ， 考虑 地面变形 ， 将 地 面等效 为 “ 弹簧 阻尼 ” 系 统， 并 建 立 “ 机器 人 台 阶 ” 耦合 动 力 学 模 型 ． 其次 ， 将 “ 机 器人 台 阶 ” 这一 “ 多 输入 多 输 出 ” 模型 简 化 为 由 质 心位移 和 速度构 成的 “ 单输入 单输 出 ” 模 型 ． 然后 ， 使用 变坡度 斜坡等效 变 高度 台 阶 ， 根据 台 阶 高 度 确定 等 效 斜坡倾角 和 机器 人理想 步长 ； 同 时 引 入 自 适应 控 制 系 数 ， 并 根据 等效 斜坡倾 角 调 整该 控制 系 数， 实现质 心 对参考 速度 的跟踪 ． 最 后 ， 在 台 阶 高度 变化小 于 ０ ． ０３ ２ ｍ 的环境 中 进行数 值仿 真试验， 验证控制 策略 的 有 效 性． 仿真结 果表 明 ： 本 文提 出 的 控制 策略 可 以 实现 已 知 变高 度 台 阶上 的稳 定步行．

１引言（Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）
双足步行机器人能够适应复杂的环境，具有良好的人机交互能力，是机器人领域的研究热点之一.其研究主要集中在机构设计、运动控制、路径规划、任务分配及其算法等方面，而机器人稳定控制问题一直是一个热点．...上述研究主要基于ｚｍｐ（零力矩点）稳定判据ｍ，该方法要求机器人各个关节运动轨迹对应的ＺＭＰ都在支撑脚形成的凸多边形内，与人类实际步行方式不符．因此，一种更加高效、简单和自然的步行方式一欠驱动步行一受到研究者的关注．欠驱动步行是指步行过程中驱动力矩数量少于机器人自由度数量，而欠驱动自由度的存在将増加步行稳定控制的难度［６］．
针对欠驱动步行稳定控制，国内外提出了一些控制策略：Ｇｒｉｚｚｌｅ等使用混合零动态思想分别实现了一个平面三连杆和五连杆双足机器人的平地行走；付成龙等提出半被动双足机器人的准开坏控制，实现高效稳定步行；Ｇｅｎｇ等提出了类似神经肌肉系统的控制器，生成可在线调节速度的运动步态，通过数值模拟实现了机器人动态稳定行走．上述控制策略实现了平整环境中的双足欠驱动稳定步行，但机器人实际应用中，要求其具有上下台阶、跨越障碍物、奔跑等能力．
针对上下台阶动作，Ｐａｒｋ根据歩行环境分别设计控制器，然后通过有限状态机管理控制器间的切换，实现平地和台阶地面的稳定歩行．Ｄａｉ将台阶作为外部扰动，定义增益来量化机器人对地面千扰的鲁棒性，使用二进制搜索和迭代优化方法构造一个线性鲁棒控制器，提高机器人对不平地面的适应性.Ａｍｅs采集人类上下台阶步行姿态，并将其作为机器人关节运动的虚约束，实现ＡＭＢＥＲ２上下台阶动作．虽然上述算法卖现了台阶地面上的欠驱动步行，但需要复杂的在线计算或预先进行数据采样，所得算法适应性差.此外，机器人步行环境中台阶高度固定或非连续，且未考虑真实地面可能存在的形变对步行的影响，与实际情况不符．
为实现机器人在变高度连续台阶上的稳定步行，本文考虑台阶高度变化和地面变形，对作者前期研宄所提出的自适应前馈算法进行拓展，提出一种面向变高度台阶的稳定步行控制策略：控制策略将变高度台阶等效为变坡度的斜坡地面，根据每级台阶的形状计算等效斜坡倾角和理想步长；然后，引入良适应控制系数，通过仿真试验和插值拟合来确定不同等效斜坡角对应的控制系数；最后，根据台阶对应的斜坡倾角选择控制系数，通过质心对参考速度的跟踪，实现稳定步行
２双足机器人上下台阶建模
足底与地面的相亙作用是机器人步行系统建模的关键问题之一考虑，地面变形，本文使用一种简单通用的柔性地面建模方法，将柔性地面模型等效为“弹簧一阻尼”系统...
３双足机器人上下台阶规划及控制
3.1规划策略
根据“机器人不倒８这一双足步行稳定性的直观表述，提出一种基于步行速度的欠驱动步行稳定性的直观表述：如果机器人步行速虔能够始终收敛于一个己被证明可维持步行的速度，则机器人步行处于稳定状态.观察人类步行姿态，发现人类步行过程中通过调整身体姿态改变步行速度,当步行姿态呈前倾趋势时，步行速度上升;反之，当步行姿态呈后仰趋势时，步行速度下降；当人类上下台阶时，会进一步根据台阶高度调整身体姿态，实现步行速度控制．
3.1.1固定高度台阶上规划策略
3.1.2变高度台阶上的规划策略
3.2规划策略的实现
4仿真试验与分析
4.1机器人仿真步行环境
4.2自适应控制系数确定
4.3固定高度变柔性台阶地面步行
4.4变高度台阶地面步行
5结论
针对双足机器人在高度己知的变高度连续台阶上的稳定控制,本文展开了研宄．
(1)考虑地面变形，将地面等效为“弹簧一阻尼”系统，建立“机器人台阶”耦合动力学模型，并分析地面柔性参数对欠驱动步行的影响．
(2)基于自适应前馈算法提出一种面向变高度台阶的稳定步行控制策略．控制策略以质心水平速度作为控制对象，将变高度台阶等效为变坡度的斜坡，根据台阶高度调整步行姿态，实现质心对理想速度的跟踪，进而实现机器人稳定上下台阶．
(3)通过在台阶高度变化小于０．０３２ｍ的仿真环境中的机器人步行试验，验证了控制策略的有效性.