基于2-SPR/RUPR并联机构的四足步行机器人轨迹规划与步态分析

本文提出一种基于2-SPR/RUPR并联机构的四足步行机器人.用改进复合曲线法规划了机械腿足端行走点轨迹.在四足步行机器人的足端行走点沿前进方向的加速度曲线为正弦函数,沿竖直方向的加速度曲线为分段函数的情形下,通过对前进方向、竖直方向加速度曲线两次积分得到足端轨迹曲线.由足端轨迹曲线变化规律可以得到其运动过程无突变点,足端可以实现无冲击抬腿与着地.仿真实验表明足端速度与加速度曲线与理论曲线一致,验证了理论计算的正确性.使用ZMP方法,通过对比分析机器人在运动过程中的重心调整量以及稳定裕度值得到最优步态.该四足步行机器人具有运动平稳且灵活的特性,适用于田垄等崎岖路面上需要大的移动步幅来运输重物的应用场合.     

两足步行机器人并联腿机构的稳定性分析

提出了用ZMP点作为评价两足步行机器人并联腿机构稳定行走的指标,并给出了机器人在理想的状况实现静态行走时的ZMP点与稳定裕度的关系．分析了已知并联机器人在给定末端执行器轨迹的情况下在理想的地面进行稳定行走时的重心轨迹,并且给出了两足机器人能够稳定行走的区域,为两足并联机器人的研究开发和控制打下了坚实的基础．     

NMPC实时步态规划双足机器人步态轨迹周期稳定性分析

针对用非线性预测控制(NMPC)实时步态规划得到的拟人步行双足机器人步态轨迹,分析了模型失配和地面环境变化条件下稳态多步步行的鲁棒周期稳定性问题。通过反馈线性化,将高维混杂系统的周期稳定性问题转化为降维非可控模态的周期稳定性问题。由Poinca-re映射不动点的存在条件提出多步周期极限环的鲁棒稳定性定理,证明了多步与单步周期稳定性的一致性。通过对时间轴的离线积分,仿真分析了模型误差和速度跃变误差对极限环存在性和收敛速度的影响。本文结论对NMPC方法应用于实际物理对象具有重要理论意义和实际意义。     

双足机器人行走稳定性研究

双足机器人行走的稳定性是双足行走最为重要的衡量指标之一.针对传统的基于零力矩点（ZMP）步态稳定性判据方法,分析了ZMP、COP的相互关系,表明在双足机器人与水平地面无粘性力和无吸附力作用下,其ZMP即为压力中心点COP.基于具有足趾关节的双足机器人足底支撑面多种变化,提出对多点接触时支撑多边形区域描述.结合ZMP/COP、COG的在支撑面内相对位置,提出了基于ZMP/COP、COG的综合稳定性判据.经仿真分析,与传统单一的ZMP稳定性判据相比,该综合稳定性判据能够更为准确地反映步态的稳定性.     

六足步行机器人的步态规划及运动学分析

主要对六足步行机器人进行步态规划和运动学建模,规划了六足步行机器人的直行步态和足端轨迹.基于MATLAB软件建立机器人的逆运动学模型,生成机器人步行时各个驱动关节的变化曲线.通过在六足步行机器人的实验平台上模拟机器人的实际运动状态得到机器人步行时的轨迹曲线,分析了机器人的步行性能,验证了步态规划的可行性和运动学方程的正确性.     

基于上体模型的被动步行机器人行走稳定性

针对被动步行机器人行走稳定性对自身参数的高敏感性问题,通过建立具有上体的匀质圆规步态模型,分析上体质量与高度对机器人行走稳定性的影响,获得机器人结构参数的优化配置.运用Lagrange法与角动量守恒原理构建机器人被动步行的动力学模型,基于对模型步态收敛域与外界扰动的准确表达,并将全局稳定性分析与局部稳定性分析相结合,对模型进行初始参数优化配置,并据此建立Proe样机模型.通过对单次与连续外界扰动下不同样机模型步态的自身调节变化进行分析,最终获得模型参数的最优化配置并进行了合理性分析.不同样机扰动试验结果说明,上体的引入可以增大机器人的步态收敛区间,合理的上体参数配置才能显著提高机器人行走的稳定性与鲁棒性.     

基于地面反力的双足机器人期望步态轨迹规划

提出了一种基于地面反力的双足机器人期望步态轨迹规划方法。通过D Alembert定理推导出地面反力与机器人关节运动之间的数学关系。结合ZMP（零力矩点）稳定性原则和其他物理性约束条件,给出了双足机器人期望步态轨迹。受人类行走的启发,采用模糊策略来规划期望ZMP轨迹。该方案与传统的双足机器人步态轨迹生成方法比较,可实现稳定的行走,具有上体的运动范围小,适用于单、双脚支撑期等优点。双足机器人的实验说明了该方案的可行性和良好性能。     

微小研抛机器人动力学仿真分析与运动实验

针对所提出的一种可以在大型模具曲面上进行自主研抛作业的机器人结构,考虑其具有非完整约束的特点,建立了机器人的运动学关系。通过输入附加约束方程,利用Lagrange方法建立了微小研抛机器人多体系统动力学模型。通过动力学仿真分析,得到了比较稳定的机器人动力学特性。运动实验结果表明,该微小研抛机器人在轨迹行走过程中具有较好的稳定性和准确性。     

不确定性扰动下双足机器人动态步行的自适应鲁棒控制

针对不确定性扰动下双足机器人动态步行的鲁棒控制问题,建立不确定性扰动下双足机器人的动力学模型. 将特定庞卡莱映射方法拓展到不确定性扰动下双足机器人的稳定性分析,将机器人随机系统的稳定性分析转化为确定性周期系统的稳定性分析. 基于滑模控制方法,提出自适应滑模控制器. 与以往滑模控制器相比,该控制器无需外部扰动的准确幅值信息. 考虑到双足机器人在实际应用中常会遭遇非平整路面,进一步将该自适应滑模控制器拓展到非平整路面的鲁棒控制：提出碰撞速度不变性条件,基于落地速度控制进行在线轨迹规划,基于自适应滑模控制器对机器人进行反馈控制. 基于三维（3-D）五杆双足机器人进行仿真实验,结果表明,所设计的控制器能有效实现机器人在不确定性扰动下的鲁棒控制.     

全方向康复步行训练机器人的跟踪控制

针对全方向康复步行训练机器人在跟踪运动过程中x轴、y轴和方向角各轨迹之间存在强耦合的问题,提出了速度跟踪控制器设计方法,从而使全方向康复步行训练机器人能同时实现各个方向理想的跟踪效果.在全方向康复步行训练机器人动力学模型和运动学模型的基础上,采用输入-输出线性化方法,通过模型解析推导出四轮转速与其驱动力间的解耦状态方程,设计速度跟踪控制器,实现速度的解耦控制.将速度控制器与非线性反馈控制律相结合,可以实现对运动轨迹的跟踪.仿真实验表明,本文方法具有一定的有效性,解决了传统跟踪过程中不能同时实现运动速度和运动轨迹跟踪的问题.     

仿人机器人的可变ZMP步态规划

为使仿人机器人能够稳定地行走,基于三维倒立摆模型,采用了可变ZMP(Zero-Moment Point)来进行仿人机器人的步态规划.在单脚支撑期依据可变ZMP采规划COG(Center of Gravity)的轨迹,在双脚支撑期内则让ZMP保持低速匀速运动,由此来规划此时间段的COG轨迹.仿真结果验证了规划的合理性,保...     

轮式仿人机器人的ZMP建模及动态稳定判据

介绍了ZMP的概念,比较常见的几种ZMP建模方法,提出将高效牛顿-欧拉算法(RENA)与ZMP的概念相结合的迭代ZMP建模方法,并利用该方法完成轮式仿人机器人的ZMP建模.通过模型分析,得出该轮式仿人机器人的ZMP简化计算公式.最后得出此类轮式仿人机器人的稳定性判据及稳定度的定义.     

小型仿人机器人步行稳定控制方法研究

针对小型仿人机器人足部异常着地姿态对步行稳定性的重要影响,提出了一种基于力分布的快速着地柔顺控制方法,使机器人能够根据着地时地面反作用力的分布情况,快速判断足部着地姿态,通过实时调节踝关节实现机器人的快速着地柔顺控制。该方法结合基于零力矩点（Zero Moment Point,ZMP）和身体姿态的平衡控制方法,在运动调节功能的协调下,形成了一个较为完备的小型仿人机器人实时稳定控制体系。     

Motion Planning of Humanoid Robot for Obstacle Negotiation

The motion planning for obstacle negotiation by humanoid robot BHR-2 through stepping over or stepping on/off the wide and flat obstacle at known locations is presented. In the trajectory generation method,first the constraints of the foot motion parameters which include obstacle dimensions and the distance of obstacle from the humanoid robot is formulated. By varying the values of the constraint parameters,different types of foot motion for different obstacles can be produced. In this method,first the foot trajectory is generated,and then the waist trajectory is computed by using cubic spline interpolation without first calculating the zero moment point (ZMP) trajectory. The dynamic stability during the execution of stepping over and stepping on/off trajectories are ensured by incorporating the ZMP criterion. The effectiveness of the proposed method is confirmed by simulations and experiments on humanoid robot BHR-2.     

Motion Planning of Humanoid Robot for Obstacle Negotiation

The motion planning for obstacle negotiation by humanoid robot BHR-2 through stepping over or stepping on/off the wide and flat obstacle at known locations is presented. In the trajectory generation method, first the constraints of the foot motion parameters which include obstacle dimensions and the distance of obstacle from the humanoid robot is formulated. By varying the values of the constraint parameters, different types of foot motion for different obstacles can be produced. In this method, first the foot trajectory is generated, and then the waist trajectory is computed by using cubic spline interpolation without first calculating the zero moment point (ZMP) trajectory . The dynamic stability during the execution of stepping over and stepping on/off trajectories are ensured by incorporating the ZMP criterion. The effectiveness of the proposed method is confirmed by simulations and experiments on humanoid robot BHR-2.     

一种仿人机器人步态优化的新方法研究

利用仿人机器人七连杆模型,建立了机器人姿态的位置向量.先用带参数的五次多项式拟合机器人髋关节的位置曲线,然后用非时间参考变量的方式规划出了踝关节和膝关节的运动轨迹.在机器人步行的稳定区域内,通过遗传算法求得了ZMP点偏离脚掌中心距离的最大值,从而确定了髋关节的参数,实现了仿人机器人步态优化.实验证明该方法有效.     

面向作业与人工智能的仿人机器人研究进展

以人类自身为原型参照的仿人全身机器人是国际机器人研究领域最具代表性的研究对象,也是机器人学、机器人技术以及人工智能的终极研究目标.针对国际上目前在仿人全身机器人、仿人头部、多指手、仿人双足步行机等方面理论与关键技术进行了全面回顾、综述与分析,包括作者在仿人机器人方面相关研究工作的回顾;归纳总结了目前仿人全身机器人技术程度,从驱动元部件、步行稳定性、本体集成化设计、操作能力以及环境适应性等角度分别提出了目前存在的主要技术问题以及今后发展的趋势;为从事与仿人机器人及其各组成部分相关研究的科研人员以及相关科技管理部门提供参考.     

仿人机器人发展现状及其腰关节的作用

仿人机器人是研究人类智能的高级平台，是综合多种学科的复杂智能机械，其研制和开发涉及到各学科、多方面问题，目前已成为机器人领域的研究热点问题之一．本文对仿人机器人目前的发展现状进行了综述，分析了多种仿人机器人的自由度分布，介绍了具有不同结构特点的腰机构，分析了腰关节在仿人机器人的稳定动态步行、全身协调运动及有情感步行等方面的重要作用．本文还指出了仿人机器人目前的主要研究方向．