基于多模态步行意图识别的助行机器人柔顺控制

在辅助行走或步行康复训练过程中,助行机器人在紧密跟随人体步态的基础上,准确识别异常行为是人机交互的重要研究内容。为此,提出一种兼具通用性、鲁棒性与便捷性的非接触式多模态步行意图识别方法,能够准确识别多种步态并柔顺地控制机器人运行。首先,分析了步行辅助机器人和步行康复训练机器人的结构、功能与运动学模型,建立了内嵌式机载步态信息检测系统,从而准确描述步态变化规律;其次,为有效解决标志点丢失问题,提出了一种新型的扩展集员滤波算法来精确估计膝关节角度;最后,通过引入用户步态信息,建立了一种基于步态补偿的柔性控制方法并进行了实验研究。实验表明,提出的算法能够在有效克服标记点丢失的情况下,准确识别交互过程中的正常步态,并柔顺地控制机器人运动,同时对跌倒和拖拽步态进行有效识别,识别率分别达到91.3%和89.3%。该非接触式步态意图识别方法可以应用于具有类似结构的助行器及其日常助行与康复训练场景。     

Contributions of the lower extremity joint on the support moment in normal walking and in unexpected step-down walking

ARelative contributions of lower extremity joints on the support moment were investigated in this study Three-dimensional gait analyses were performed in normal walking and in unexpected step-down walking For both gait studies, inverse dynamics were performed to obtain each joint moment of the lower extremity, which was applied to the forward dynamics simulation to determine the contributions on the support moment at different phases of walking The forward dynamic simulation results showed that, in normal walking, the ankle plantar flexois contributed significantly during single-limb-support However, the ankle plantar flexors, knee extensois and hip extensors worked together duimg double-limb-support In unexpected step-down walking, the important contributors on the support of the body during single-limb-support were not only ankle plantar flexors but also knee extensors This study, analyzing the relative contributions of the lower limb joint moments for the body support, would be helpful to understand diffetent unexpected walking conditions and compensatory mechanisms for various pathological gaits     

仿生6足爬行机器人的研究

基于仿生学原理,设计了仿生6足爬行机器人系统,该系统采用PLC和单片机联合控制及关节型18个自由度的伺服机构,实现了闭环控制的反馈检测.无论地面状况如何,该系统都能够选择合适的步态,合理规划行走轨迹,实现避障越障功能,具有较高的灵活性、可靠性和较好的适用性.     

轮腿式步行机构设计及其运动仿真

基于二级半转机构原理,提出一种新型的轮腿式步行机构,它由一级转臂、二级转臂和跨步杆组成。分析机构中各转动关节的运动耦合关系,并给出机构不发生干涉的条件,在此基础上,利用二级行星轮系实现了该轮腿式步行机构。在CosmosMotion仿真环境下,对该轮腿式步行机构进行了运动仿真,给出机构各关节的运动轨迹曲线,并分析该轮腿式步行机构的车身起伏度。仿真结果表明,基于二级半转机构的轮腿式步行机构的车身垂直起伏度,比一级半转步行机构车身的垂直起伏度小。     

下肢助行器结构设计及运动仿真

对用于辅助下肢瘫痪患者重新站立行走的下肢助行器的总体方案及其工作原理进行了设计与分析。根据人机工程学中的人体结构测量及结构几何关系确定了各杆长度。在CATIA中建立了助行器的三维样机模型,通过ADAMS进行了运动仿真分析,得到了助行器的速度、力矩等参数,并与正常人体步态参数比较,验证了机构设计的合理性和方案的可行性。     

摊铺机行走监控系统研制

为提高路面摊铺平整度、初始密实度,研制了一种基于CAN总线的摊铺机行走监控系统.该系统以C8051F040芯片为主控制器,采用模糊PID控制策略和CAN总线通讯技术,实现了摊铺机的实时监控和恒速控制.系统硬件和软件分别采用电磁兼容保护和抗干扰措施,通过了严酷的工业环境级别的电快速脉冲群试验.现场应用表明,该行走监控系统操作简单,具有智能化和可靠性等优点.     

教学型双足步行机器人直线行走步态稳定规划方法

通过对双足机器人行走步态的研究,利用多项式插值法对双足机器人直线行走步态进行规划,分析了踝关节轨迹和髋关节轨迹,通过调节单腿支撑期和双腿支撑期的比例系数来调整机器人的行走步态,使其实现稳定步行。再通过ADAMS建立虚拟样机仿真实验,验证了这种步态规划方法的正确性与可行性。     

基于足关节轨迹的步行机器人行走机构型式综合

给出了两种足关节运动轨迹。探讨了步行机器人行走机构应具有的特性。提出了三种可以作为行走机构的平面闭链机构,通过建立机构的数学模型,完成了机构的运动分析井给出了分析结果,利用计算机仿真技术模拟机构运动。结果表明这三种行走机构具有良好的运动和动力特性。     

轮腿式移动机器人的设计与研究

基于切比雪夫连杆机构与哈特连杆机构,设计与研制了一种新型的轮腿式移动机器人。机器人具有易操控,结构可靠,便于制造,行走稳定的优点。设计过程中用运动学方法对机器人进行运动能力分析,用MATLAB、Pro/E确定机构参数;用虚拟样机动力学软件ADAMS对机器人的运动进行了仿真分析,获得了机器人运动轨迹与整体的运动学特性曲线。阐述了机器人的结构、工作原理、设计过程,为今后轮腿式移动机器人的设计提供了参考。     

四足步行机器人步态规划及稳定性分析

以四足机器人为研究对象,详细地分析了四足步行机器人的步态和稳定性的运动关系,并在此基础上给出了四足步行机器人步态设计数据和步态图.为进一步研究机器人实用化提供了可靠的数据.     

四足步行机器人研究现状及展望

文章对国内外四足步行机器人研究现状进行了综述,归纳分析了四足机器人研究的关键技术,井展望了四足机器人的发展趋势。     

新型六足爬行机器人设计

采用了仿哺乳类的腿部结构,并针对这种腿部结构设计了六足的行走方式,通过对12个步进电机的控制,采用三角步态,实现了六足机器人的直行功能.仿真及试验证明,这种结构能较好地维持六足机器人自身的平衡,并且对今后更深入地研究六足机器人抬腿行走姿态及可行性,具有较高的参考价值.     

四足步行机器人稳定性分析

基于四足步行机器人模型对机器人的瞬时质心坐标进行了计算,得出了瞬时质心的运动规律,分析了各质量模块对机器人质心坐标的影响,对比了瞬时质心位移与几何中心位移的相对关系。给出了四足步行机器人静步态稳定性判定的公式,计算了基于瞬时质心的稳定裕度,并对稳定裕度进行了对比分析。     

一种步行机器人结构分析

在介绍混合输入五杆机构输出轨迹可调的基础上，将混合输入五杆机构用作步行机器人腿部机构来提高其步行能力与柔性；同时将机器人控制系统、元器件、传感器密封在机体中，通过动密封轴传动驱动腿部机构实现步行，从而增强步行机器人的环境适应性。     

Two-stage optimization for energy-efficient bipedal walking

Journal of Mechanical Science and Technology - This paper proposes a two-stage optimization strategy for energy-efficient gait generation. At the first stage, by tracking the reference zero moment...     

气动助力行走靴的设计与研究

通过研究发明一种新型的行走靴,这种行走靴可以为人们行走提供主要的动力,实现快速、轻松的行走.该行走靴利用气动技术,以液氮汽化时的能量为动力,同时使用二位五通换向阀进行控制,具有使用方便、寿命长、安全稳定的优点.     

仿人机器人实时稳定的步态产生

仿人机器人和双足机器人相比有头、躯干和两臂,因此步行模式的产生更加复杂.讨论了一种实时产生稳定的腿部、手臂和躯干运动的方法.在径向平面的腿部运动必需满足ZMP点的X轴位置有最大的稳定裕度,与此类似,横向平面的腿运动必需满足ZMP点的Y轴位置有最大的稳定裕度.手臂和躯干的运动是由Z轴力矩平衡产生的.我们的方法已经通过仿真结果得到了验证.     

技术创新要与设计创新携手共进

当今,在加快发展我国社会经济建设步伐、实施"建设创新型国家"这一战略进程中,积极开展技术创新活动十分重要.但是,人们往往会忽略与技术创新结伴同行的另一个重要经济驱动力--设计创新.随着世界经济结构及人们生活价值观念的变化,技术创新与设计创新的结合势在必行.技术创新与设计创新的有效结合不仅能发挥出技术原本应有的价值,同时还能扩大技术创新价值、创造出更大的社会经济效应.文章强调了要将设计创新和技术创新放在同等重要位置的论点.并从强化各级政府和企业设计意识、创建利于设计创新的环境和加大设计教育力度三个方面提出了具体的实施内容和方法.     

Dynamic stair walking of biped humanoid robots

Biped humanoid robots are expected to move around human-centered setting that includes stairs as a major terrain. Reportedly, however, only few of them can walk up and down stairways as of now. Making it worse, even the successful ones carry out such motions either barely in terms of speed or fast enough but in an undisclosed technical manner. In this context, a dynamic gait pattern is proposed anew suitable for stair walks along with a transient pattern and verified by means of a multi-body dynamics analysis software.     

Particle-filter-based walking prediction model for occlusion situations

In the field of mobile robotics,human tracking has emerged as an important objective for facilitating human-robot interaction.In this paper,we propose a particle-filter-based walking prediction model that will address an occlusion situation.Since the target being tracked is a human leg,a motion model for a leg is required.The validity of the proposed model is verified experimentally.