四足机器人跳跃步态主动柔顺控制研究

为减弱四足机器人跳跃步态起跳与落地时所受到的地面冲击力影响,研究四足机器人跳跃步态主动柔顺控制方法。采用三次多项式拟合五连杆同轴四足机器人跳跃步态机体质心轨迹曲线,通过不同轨迹曲线函数描述跳跃过程中起跳、腾空、缓冲、恢复4个阶段;引入PD控制器修正机体质心落地相轨迹曲线,优化四足机器人落地时收腿缓冲、恢复站立等位移响应曲线;利用Webots仿真平台与试验样机开展大量重复跳跃试验。结果表明：所设计的方法对四足机器人的平稳跳跃有较好的改善效果,能有效提高机器人的运动稳定性。     

基于ROS的工业机器人轨迹规划和仿真

针对工业机器人轨迹规划算法实现困难、运动过程存在柔性冲击的难题,通过对主流机器人操作系统ROS(Robot Operating system)的研究,提出一种在ROS系统下的轨迹规划的方法。实现了六轴工业机器人在笛卡尔运动空间和关节空间理想的运动轨迹,通过优化的S形轨迹规划算法得到的关节速度、加速度、加加速度变化平滑,保证了机器人运动过程的快速平稳,有效降低了柔性冲击。并通过RViz对机器人进行仿真,仿真结果和关节角度曲线图符合预期效果,表明了此方法的可行性。     

基于滑模PID控制的下肢康复外骨骼控制研究

为增强外骨骼机器人在医疗方面的康复效果,通过研究人体运动机理及人体各关节运动数据,设计了一款基于液压控制的下肢外骨骼机器人。首先,通过建立外骨骼动力学模型,基于拉格朗日法求出髋关节、膝关节处的驱动力矩,建立了髋关节、膝关节的动力学方程;针对动力学模型在实际计算过程中存在着误差及摩檫等因素影响,提出了一种PID和滑模控制相结合的控制算法;运用Matlab软件进行了模拟仿真实验,仿真结果表明,该控制系统能够使外骨骼机械腿达到良好的跟随效果;最后搭建样机实验平台,验证了控制算法的有效性,能够满足患者进行主动康复训练的需求。     

基于递推最小二乘法的SCARA机器人动力学参数辨识研究

为了提高SCARA机器人在工业场合中的工作精度,对其动力学模型进行分析是有效途径之一。建立机器人拉格朗日动力学方程并进行线性化处理,得到一组关节力矩和待辨识参数的线性表达式。选取有限项傅里叶级数作为激励轨迹模型,并使机器人启停时关节角速度和角加速度为零,确保机器人运行平稳。再将线性表达式中观测矩阵的条件数作为优化指标,并结合MATLAB优化工具箱,获得关节最优激励轨迹系数。最后通过递推最小二乘法获得待辨识参数,并代入关节力矩表达式中,并与实际采集力矩值进行比较,确定两者变化趋势。结果表明:实验能够获得较为理想的效果,经过辨识计算所得关节力矩可用作相关领域的动力学控制。     

采用粒子群算法耦合遗传算法优化双臂机器人模糊逻辑控制研究

为了提高双臂机器人运动轨迹追踪精度,降低运动过程中的抖动幅度,引入混合粒子群算法优化双臂机器人模糊逻辑控制,并对误差和力矩进行仿真。创建双臂机器人平面运动模型简图,建立机械臂运动方程式。分析了模糊逻辑控制规则,引用模糊逻辑控制不同成本函数定义机械臂运动轨迹的平方误差均值、误差的绝对值及控制力参考误差,采用遗传算法耦合粒子群算法优化模糊逻辑控制的成本函数。通过MATLAB对优化模糊逻辑控制的双臂机器人运动轨迹控制力矩进行仿真,并且与模糊逻辑控制仿真结果形成对比。仿真结果显示:受外界环境干扰时,双臂机器人模糊逻辑控制采用遗传算法耦合粒子群算法优化后,不仅运动轨迹追踪误差较小,而且输入力矩值也较小。双臂机器人模糊逻辑控制采用遗传算法耦合粒子群算法优化后,能够提高机器人运动轨迹追踪精度和降低控制系统抖动幅度。     

基于粒子群优化算法的机器人最优轨迹规划（英文）

机器人轨迹规划是机器人研究中的一个重点方向,直接关系到机器人的工作效率。为了使机器人运动过程中角速度和角加速度连续,采用三次样条插值函数对运动轨迹进行规划。由于角速度过快和角加速度过大会导致机器人系统产生震动和冲击现象,因此利用粒子群优化算法对角速度以及角加速度约束下的机器人运动时间进行优化,使得机器人在平稳运行的同时保持运行时间最优。最后运用MATLAB机器人工具箱进行仿真实验,实验结果证明了该方法在机器人轨迹规划中的可行性。     

基于卡尔曼算法的外骨骼运动预判与控制

在人机交互时,由于人体下肢外骨骼获取的传感器信号滞后于人体运动实际形式,从而导致外骨骼机器人无法实时跟随髋关节、膝关节的运动,出现不能提供助力的问题。设计了一种下肢外骨骼模型,在此基础上,通过力/力矩传感器来获取信号,利用基于卡尔曼滤波算法对获取到的信息进行运动预判,然后将预判信号输入到下肢外骨骼机器人模型简化后的二连杆运动学模型上,通过采用PD控制检验系统稳定性以及预判精确性。最后进行MATLAB仿真实验,结果表明:信号经过卡尔曼滤波后能够有效预判人体运动形式,外骨骼下肢摆动腿在人体运动时能够进行有效地跟随,从而弥补延时。     

六自由度机器人的运动学分析及码垛轨迹规划

现如今生产过程中的码垛场景多为专用的四自由度码垛机器人,通用性和灵活性较差。为提高码垛过程中机器人的通用性和灵活性,实现六自由度串联机器人的码垛,根据改进D-H法,在UR5机器人各关节末端建立固连坐标系,推导出UR5的正运动学变换矩阵及逆运动学各关节表达式。使用梯形速度控制,确定了码垛过程中直线轨迹部分的运动规律,得到了码垛过程中圆弧轨迹部分的坐标转换关系及机器人末端运动过程。在空间中规划出码垛时机器人末端轨迹,并进行仿真。绘制了各关节运动曲线,表明机器人在码垛过程中轨迹平滑,运行平稳,对六自由度串联机器人的码垛研究具有参考意义。     

下肢外骨骼助力机器人控制系统研究

依据下肢外骨骼助力机器人的控制要求,以固高GUC-T运动控制器为核心搭建控制系统平台。采用压力传感器检测足底压力信息,利用编码器对关节角度进行检测,以前后脚底压力差实现其步态相位划分,通过运动控制器DSP部分将步态信息发送给固高运动控制器,从而实现对下肢外骨骼助力机器人的运动控制。     

基于粒子群优化算法的机器人最优轨迹规划

机器人轨迹规划是机器人研究中的一个重点方向，直接关系到机器人的工作效率。为了使机器人运动过程中角速度和角加速度连续，采用三次样条插值函数对运动轨迹进行规划。由于角速度过快和角加速度过大会导致机器人系统产生震动和冲击现象，因此利用粒子群优化算法对角速度以及角加速度约束下的机器人运动时间进行优化，使得机器人在平稳运行的同时保持运行时间最优。最后运用MATLAB机器人工具箱进行仿真实验，实验结果证明了该方法在机器人轨迹规划中的可行性。     

3-RRRT并联机器人轨迹跟踪控制研究

为了实现3-RRRT并联机器人的轨迹跟踪控制,在运动学分析的基础上,应用拉格朗日方程建立了3-RRRT并联机器人的动力学模型。设计了基于计算力矩算法的控制律,并利用Matlab软件进行了控制器仿真。仿真表明计算力矩控制可以使3-RRRT并联机器人实现全局稳定的动态轨迹控制。     

下肢外骨骼机器人设计及实验研究

为实现下肢残障者的运动康复,设计液压驱动的下肢外骨骼机器人机构。针对下肢外骨骼的运动跟随需求,提出一种滑模控制器,并进行了控制仿真模拟。仿真结果表明：外骨骼采用该控制算法能较好地实现位置跟踪。基于dSPACE硬件在环实时仿真系统搭建了下肢外骨骼系统,进行了空摆实验、被动跟随实验及主动跟随实验。实验结果表明：设计的下肢助力外骨骼机器人能够为穿戴者提供助力,外骨骼样机的整体稳定性较好,对穿戴者具有良好的跟踪性能与快速响应性。     

基于DDPG的下肢康复机器人轨迹跟踪控制

针对脑卒中患者在被动训练阶段使用下肢外骨骼康复机器人的高精度轨迹跟踪控制问题，以下肢外骨骼康复机器人为研究对象，提出一种基于深度确定性策略梯度的PD控制方法。采用Vicon三维动作捕捉系统采集正常人体步行的关节角度作为期望关节角度轨迹并建立下肢外骨骼机器人的动力学模型。该方法根据每次的误差输入以及与动力学模型交互获得奖励值而动态更新自身网络参数，从而自适应输出最佳的PD参数值。仿真结果表明：相较于传统PD控制，该方法髋、膝以及踝关节的跟踪误差平均减少9.4%,误差呈收敛趋势并趋于0,说明该方法可以有效地跟踪期望关节角度轨迹并具有良好的跟踪控制精度，保证患者的康复效果。     

基于复杂地形的四足机器人路径规划算法研究

针对四足机器人在复杂环境中摆动腿路径点规划不准确的问题,提出一种基于摆动腿路径规划的样条优化算法。该算法运用零力矩点（ZMP）稳定性准则,在对机器人COG轨迹进行规划的基础上,对机器人摆动腿足端轨迹路径点进行优化计算,并利用ADAMS建立其仿真模型用于计算机仿真。结果表明：该算法不仅能保证四足机器人安全避障,且能实现在复杂地形条件下平稳行走,验证了该算法的准确性和鲁棒性。     

一种基于指数三阶的机器人关节空间轨迹规划方法

指数加减速算法的加速度不连续,在用该方法进行机器人的轨迹规划时会使机器人在运动过程中产生振动和冲击。为了使机器人平稳运动,借鉴指数加减速算法的速度曲线,提出了一种基于指数三阶的机器人轨迹规划方法。利用PUMA560机器人进行仿真验证,结果表明该方法是可行的。     

6R机器人轨迹规划目标逆解精度优化算法

应用常规D-H建模方法,建立6R机器人正运动学模型。当模型存在误差时,轨迹规划目标逆解含有误差,实际运行轨迹无法满足机器人作业精度。提出将目标位姿与实际位姿间误差作为迭代目标,基于Levenberg-Marquardt方法求逆,利用含有误差的模型参数,实现逆解精度迭代优化,输出修正后的关节角逆解,可使机器人实际运动以所需作业精度接近轨迹规划目标位姿。经仿真验证,算法可完成复杂的轨迹规划逆解精度优化,且避免运动学模型高精标定与参数识别,有实际应用价值。     

机器人轨迹规划目标逆解精度优化算法

应用常规D-H建模方法,建立6R机器人正运动学模型。当模型存在误差时,轨迹规划目标逆解含有误差,实际运行轨迹无法满足机器人作业精度。提出将目标位姿与实际位姿间误差作为迭代目标,基于Levenberg-Marquardt方法求逆,利用含有误差的模型参数,实现逆解精度迭代优化,输出修正后的关节角逆解,可使机器人实际运动以所需作业精度接近轨迹规划目标位姿。经仿真验证,算法可完成复杂的轨迹规划逆解精度优化,且避免运动学模型高精标定与参数识别,有实际应用价值。     

3DOF-PAM并联机器人设计与动力学建模

该设计依据气动肌肉特性和并联机器人理论,结合仿生学的设计方法,开发了一个3自由度气动肌肉并联机器人机构。基于气动肌肉的变刚度特性,将其简化为变刚度弹簧,并通过考虑其在机构运动过程中的质心变化特性,结合拉格朗日动力学方法对3DOF-PAM并联机器人进行动力学建模,运用MATLAB软件对建立的动力学模型进行仿真分析研究,分析3DOF-PAM并联机器人在不同负载下运动过程中的动力学特性,为气动肌肉驱动的并联机器人的高精度轨迹控制建立理论基础。     

平面三自由度欠驱动机器人轨迹跟踪控制

对平面3R欠驱动机器人的轨迹跟踪控制问题进行了研究,该机器人有两个驱动关节和一个自由关节.利用拉格朗日方程建立了该机器人的动力学模型.依据该动力学模型,分析了该类机器人的特点,并设计了一种模糊控制方法.控制系统根据模糊逻辑控制器输出量得到主动关节的控制力矩.利用主动关节和被动关节之间的动力学耦合作用,控制被动关节,以实现机器人末端的直线轨迹跟踪任务.采用该控制方法,对控制过程进行了数值仿真,结果表明该方法具有可行性.     

人体髋关节助力外骨骼的设计

针对半被动式助力外骨骼系统目前普遍存在的驱动机构结构复杂、控制方案繁琐的问题。根据人体髋关节运动生物力学数据,分析了人体行走过程中髋关节角度-力矩的关系特征,并据此设计了一种新型被动式外骨骼驱动机构。利用ADAMS仿真平台对虚拟样机进行了仿真实验,验证了被动式驱动系统设计方案的可行性。最后对样机进行了测试实验,结果表明:该外骨骼助力器能够实现日常运动中的助力功能。