面向仿人机器人自然步态规划的人体步行实验分析

自然步态规划方法是实现仿人机器人步态柔顺和能量优化的可行方法,该方法要求对人体步行及其平衡策略进行定量研究．本文分析自然步态规划方法的原理,建立了一套快捷有效的人体步态测试系统,并通过实验建立了人体步行的参数化数据库．实验结果揭示了人体步行的参数化特征及其平衡策略,对于仿人机器人的自然步态规划及控制提供了理论指导．结论特别指出,仅仅通过规划的方式实现仿人机器人的自然步态是不完备的,自然步态的实现必须同仿生控制策略相结合．同时实验结论对于仿人机器人的本体优化设计也提供了参考．     

仿人机器人及其步态控制

仿人机器人是最能代表人类用工程方法进行自我克隆的能力的智慧结晶。它可以具有类人的外貌特征和运动功能,以及视觉、听觉、触觉、接近觉、味觉等智能感知能力,可在未知环境中独立行走,与人进行一定程度的交流,其技术研究是当今机器人领域的前沿和热点。本文就近年来机器人平台的发展和步态控制的研究近况进行综述,分别概括各方向的发展动态和目前仍然存在的问题。     

仿蟹机器人交错等相位波形步态研究

在观察生物螃蟹的基础上,研制了仿蟹机器人实验样机.利用事件序列法对生物螃蟹的行走过程进行了分析,提出了仿蟹机器人交错等相位波形步态.交错等相位波形步态以2n足波形步态为基础,将8个步行足交错分为两组,通过调节组内先后摆动的两步行足间的相位因子,使同组的各步行足相位平均分配在一个步态周期内,以减小机体能量损耗.仿蟹机器人...     

仿蟹机器人步态分析与仿真

在仿蟹机器人的行走控制中,步态的选择对机器人的稳定快速行走具有至关重要的作用。本文对仿蟹八足机器人的基本步态进行了分类,并进一步对八足波形步态进行分析,得出八足步行机器人在采用双四足步态的行走方式时,既可以满足速度的要求,又可以保证机器人的稳定性。通过计算机软件ADAMS对所选步态进行全局仿真,结果验证了步态规划的合理性,同时得到了机器人相关物理量的变化曲线,为进一步选择电机,分析机器人系统的动态特性提供了依据。     

仿人型机器人动态步行控制方法

本文介绍了仿人型机器人动态步行的一些基本问题和相关概念．从信息和控制的 角度对近年来仿人型机器人动态步行研究中出现的步态规划和姿态控制方法进行了分析,并 指出了它们的特点．提出了先进仿人型机器人实现过程中值得进一步研究的问题．     

基于行波函数的仿蠕虫移动机器人驱动信号统一表征方法

提出了基于行波函数的仿蠕虫移动机器人驱动信号统一表征方法.首先,针对连续型仿蠕虫移动机器人,推导了基于行波函数的驱动信号表达式,并提出了驱动信号波形生成函数的构造方法.然后,针对多单元仿蠕虫移动机器人,修正了基于行波函数的驱动信号表达式,并证明了多单元机器人的驱动信号表达式可以转化为连续型机器人的驱动信号表达式.最后,简单介绍了当存在以不同波速传播的驱动信号时和当不同部分上的驱动信号波形生成函数不相同时的驱动信号表达式.将本文提出的方法应用于一个连续型仿蠕虫移动机器人和两个多单元仿蠕虫移动机器人,新驱动信号表征方法和原驱动信号表征方法得到了相同的结果,表明本文方法具有很强的适用性.     

基于ADAMS的仿壁虎机器人步态规划及仿真

分析了一种仿壁虎机器人的机械结构及其运动学原理,通过对壁虎运动行为的研究,规划了一种仿壁 虎的墙面爬行对角步态．利用ADAMS 对机器人沿垂直壁面爬行的运动进行了仿真,分析了模型质心位移、关节转 矩以及足部与壁面之间的接触力等参数．最后通过实验分析,验证了结构设计、步态规划的合理性,所选择的电机 符合设计要求．     

双足跑步机器人控制方法研究概述

：综述了双足跑步机器人的研究历史、研究内容和进展以及未来研究方向．首先系统介绍了目前已实现 跑步的双足机器人平台．随后归纳和讨论了双足跑步控制策略和跑步运动的稳定性判定方法;还介绍了跑步步态模 式规划以及走、跑步态模式转换的研究进展．最后探讨了双足跑步机器人的研究方向.     

移动可伸缩三维倒立摆模型的双足机器人步态控制策略

双足机器人的步态控制策略是保证双足稳定行走的重要条件之一.结合人在行走时ZMP平稳移动的特性,建立了一种移动可伸缩三维倒立摆模型;在约束平面内分析ZMP与COG的运动关系,将ZMP和COG分别定为快变因子和慢变因子,提出了移动可伸缩三维倒立摆模型的双足机器人步态控制策略;最后通过Matlab/ADAMS进行了步态控制仿真研究.仿真结果表明双足机器人可以稳定地行走,验证了该步态控制策略的可行性.     

基于乐理的蛇形机器人控制方法研究

根据生物蛇和蛇形机器人的结构及运动特点,提出了基于乐理的蛇形机器人控制方法,定义了乐理的符号、规则与蛇形机器人控制过程的对应关系,编写了蜿蜒运动步态谱.“勘查者—I”蛇形机器人上实现了蜿蜒运动的控制. 给出了今后的研究方向．     

A lattice-type reconfigurable robotic system for achieving gaits of chain-type robots

Traditional lattice-type reconfigurable robots can only achieve the flow-style locomotion with low efficiency. Since gaits of chain-type robots are proved to be efficient and practical, this paper presents a novel lattice distortion approach for lattice-type reconfigurable robots to achieve locomotion gaits of chain-type robots. Using this approach, the robotic system can be actuated by local lattice distortion to move as an ensemble. In this paper, a rule that makes the lattice distortion equivalent to joint rotation is presented firstly. Then, a kind of module structure is designed according to requirements of the lattice distortion. Finally, a motion planning for achieving locomotion is developed, which works well in physics-based simulations of completing a serpentine locomotion gait of a snake-like robot and a tripod gait of a hexapod robot.     

NSGA-Ⅱ在蛇形机器人中的优化与控制

研究蛇形机器人蜿蜒运动步态的优化与控制问题。结合摩擦力模型,并分析蛇形机器人运动步态模型,根据基于闭环反馈的控制系统结构运用PID控制器对其步态进行跟踪控制,在此基础上采用基于非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对步态进行优化,该优化方法实现对闭环反馈跟踪控制系统的参数优化。仿真结果表明,NSGA-Ⅱ算法能达到变量优化目的,在功率和速度之间寻找最优值,对于解决蛇形机器人运动步态多目标优化问题是可行有效的。     

考虑综合步行约束的仿人机器人参数化3D 步态规划方法

给出了一种三维环境下双足行走的参数化步态规划方法,建立了仿人机器人13 质量块约束动力学模 型．考虑单腿支撑和双腿支撑无冲击连续切换的六点边界约束条件、可行步态物理约束条件以及ZMP 稳定性约束 条件,以关节输出力矩函数的二次型积分值最小作为优化指标,采用参数化步态优化方法,将复杂关节轨迹的规划 问题转化为分段多项式系数组成的有限参数向量的优化问题,得到了快速和慢速两组光滑无振动的优化步态．仿真 和样机实验验证了该方法的有效性．     

Effects of turning gait parameters on energy consumption and stability of a six-legged walking robot

Minimization of energy consumption plays a key role in the locomotion of a multi-legged robot used for various purposes. Turning gaits are the most general and important factors for omni-directional walking of a six-legged robot. This paper presents an analysis on energy consumption of a six-legged robot during its turning motion over a flat terrain. An energy consumption model is developed for statically stable wave gaits in order to minimize dissipating energy for optimal feet forces distributions. The effects of gait parameters, namely angular velocity, angular stroke and duty factors are studied on energy consumption, as the six-legged robot walks along a circular path of constant radius with wave gait. The variations of average power consumption and energy consumption per unit weight per unit traveled length with the angular velocity and angular stroke are compared for the turning gaits of a robot with four different duty factors. Computer simulations show that wave gait with a low duty factor is more energy-efficient compared to that with a high duty factor at the highest possible angular velocity. A stability analysis based on normalized energy stability margin is performed for turning motion of the robot with four duty factors for different angular strokes.     

Planar legged walking of a passive-spine hexapod robot

This paper proposes a new legged walking method for a novel passive-spine hexapod robot. This robot consists of several body segments connected by passive body joints. Each of the body segments carries two 1-DoF (degree of freedom) actuated legs. The robot is capable of achieving planar legged walking by rapidly abducting and adducting its legs. To model the mobility of a robot based on this simple design, the candidate configurations from all possible configurations are first selected in a mobility analysis of the robot based on the screw theory. All the feasible sequences of these candidate configurations are then searched to form planar locomotion gaits. Next, locomotive performance of the gaits is analyzed. Finally, the proposed locomotion design and gait planning methods are verified through simulations and experiments.     

一种基于非线性振荡器的步态轨迹自适应算法

步态训练轨迹是影响康复训练效果的一项重要因素,而自适应性对于下肢康复机器人的临床应用具有重要的意义.振荡器可通过在线调节参数而输出不同波形的周期信号,常用于康复机器人步态轨迹的生成.本文在高斯核函数非线性振荡器的基础上提出了一种下肢康复机器人步态轨迹自适应算法.该算法通过轨迹偏差实现对参考轨迹波形的调节,并且用相位偏差曲线面积实现参考轨迹周期的自适应.本文首先介绍了用于生成步态参考轨迹的非线性振荡器的数学模型;其次,详细描述了基于该模型的参考轨迹波形和周期自适应算法;最后,以悬挂减重式下肢康复机器人为研究对象,建立机器人与人体下肢仿真模型,对所提出的步态参考轨迹自适应算法进行仿真实验,并验证了该算法的可行性.     

基于CPG的沙漠蜘蛛机器人多模式运动控制方法

模仿具有多种运动模式的沙漠蜘蛛,设计了本体为双层六杆5R闭链机构的仿蜘蛛机器人,其中16个主动关节由直流伺服电机控制．提出了基于Hopf振荡器的中枢模式发生器（CPG）运动控制模型,用于实现仿蜘蛛机器人的翻滚、爬行、侧滚等多种运动模式以及步态切换．利用Matlab和ADAMS对仿蜘蛛机器人的多模式运动进行动力学仿真,结果表明机器人可实现连续平稳的翻滚、爬行、侧滚运动,验证了CPG仿生控制方法应用于闭链机器人多模式运动的可行性．     

Circling turning locomotion of a new multiple closed-chain-legs robot with hybrid-driven mechanism

A multi-legged robot based on a hybrid-driven mechanism is presented in this paper as an improvement of the legged robot based on crank-driven linkage mechanism. A hybrid-driven mechanism containing a full-rotational degree of freedom (DOF) and a linear translational DOF was obtained after a series of foot trajectory analyses on the Jansen mechanism. The stance phase trajectory of this hybrid-driven mechanism can maintain horizontality regardless of the length adjustment of the linear DOF. A turning gait of a hexapod robot based on this hybrid-driven mechanism was proposed, such that all of the legs had an identical crank angular speed, and the robot turned its orientation through different linear servo controls on the legs of the two sides. Simulation and experimental results showed that the hexapod robot could realize the turning gait when the legs of the two sides applied different length adjustments. The body center trajectories in all cases were approximate to a circle, and the smallest turning radius was close to the length of the robot. Moreover, the magnitude of the pitch and roll angles, and body center fluctuation in the simulations was all small, indicating that the hexapod robot based on the hybrid-driven mechanism was stable during the turning locomotion.