多关节双足步行机器椅行走步态规划

根据多关节双足步行机器椅的结构特点,采用D-H法建立系统运动学模型。从构造多关节双足步行机器椅行走姿态和过程零力矩点(Zero moment point,ZMP)评价考虑,提出基于优化方法的多关节双足步行机器椅行走步态的离散化模型和方法,实现过程优化向有限变量优化的转变。基于过程稳定性评价的优化计算,结合动态步行仿真,完成双足步行机器椅的开环多连杆执行机构行走步态的合理规划。解决多关节双足步行机器椅行走步态过程稳定性评价与其开环多连杆执行机构的多变量泛函问题。提出的离散化模型对求解开环连杆机构的时空多变量泛函规划问题具有重要参考价值。     

双足机器人蹲式行走步态的设计与研究

双足机器人具有结构复杂、系统耦合度高的特征,步态行走易受外部环境干扰。为有效提高双足机器人的行走稳定性,设计了一种蹲式行走步态。根据结构特点进行自由度配置,并完成运动学模型的建立。文章阐述了双足机器人蹲式行走步态的过程,对其质心及关键关节进行轨迹规划,并搭建了双足机器人实验平台。实验结果表明：在蹲式步行过程中,运动轨迹偏差小于0.5 cm,有利于保证行走时的稳定性。     

双足机器人的动力学分析与仿真

根据对双足行走机器人的结构和步行步态的分析,将其简化为七连杆机构,并建立了运动学和动力学方程,在设定的双足机器人行走步态条件下,计算出其运动过程中各关节的运动轨迹及所需扭矩,并对其步行时步态的稳定性和各个关节扭矩进行了分析和比较,揭示了双足机器人行走时各关节所需扭矩之间的配比关系。     

两足步行椅机器人步行参数对稳定性的影响分析

两足步行椅机器人是一种替代轮椅或假肢、为残疾人服务的助残机器人。这类机器人在复杂的使用条件下,各种参数对步态规划及其稳定性的影响分析研究具有重要意义。本文首先根据与步态规划密切相关的机械结构特点、自由度以及关节配置等建立了步行椅机器人的简化模型以及步态规划的算法,然后基于ZMP理论和稳定裕度的概念,确立了主要步行参数与稳定性之间的关系,提出了动态步行的稳定性判据,分析了步态规划中步行参数对于稳定性的影响,并给出了在不考虑参数间耦合影响的前提下步态规划中参数选择的合理范围。     

液压驱动双足机器人步态规划及动力学仿真

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。     

基于变长倒立摆模型的双足机器人爬楼梯步态规划

能在复杂环境中持续稳定地行走是双足机器人的一个重要性能,比如平地、楼梯.针对双足机器人爬楼梯的步态规划问题,提出了一种运用变长倒立摆模型来实现双足机器人爬楼梯步态规划的方法,并运用虚拟样机进行动态步行仿真.仿真结果表明,运用该步态规划方法可以得到可行的机器人爬楼梯轨迹.     

双足机器人平地行走步态规划的研究

为了研究双足机器人平地行走过程中的步态规划问题,在二维倒立摆模型的基础上提出了周期、起步和止步三步规划法,并利用速度和位移约束实现了三个步行阶段的平稳过渡,利用倒立摆简化模型和五次样条多项式插值方法得到各个阶段质心和摆动腿踝关节的轨迹,再根据腿部关节转角简化模型利用几何法求得双足机器人的10个关节角运动轨迹;最后通过ZMP方程检验并在Matlab软件中仿真,验证步态规划的合理性并为机器人后续虚拟样机研制和仿真提供理论依据。     

七杆双足机器人行走系统动力学研究

针对双足步行机器人结构复杂性、系统非线性和动态步态难控制的问题,以七杆双足步行机器人为研究对象,建立七杆双足步行机器人动力学数学模型,模型描述出机器人在动态步行中从欠驱动相到完全驱动相的切换及步行中产生的冲击碰撞问题,体现了动态步行的非光滑动力学特性。借助仿真平台对研究对象各关节运动参数进行分析,结果反映出机器人模型在完整的周期步行过程能够稳定行走及发生碰撞时各运动参数的变化,验证了参数化模型的正确性。     

仿生双足机器人步态规划研究现状及展望

合理的步态是双足机器人实现连续步行运动的基础,研究仿生双足步行机器人的步态设计规划具有重大价值和意义。现从基于目标优化的步态规划、基于模型的步态规划和基于人体步行运动数据的步态规划三个方面简述了仿生双足机器人步态规划的研究现状,并展望了仿生双足机器人步态规划的发展方向。     

双足步行机器人步态规划方法研究

利用三步规划法对HIT-ROBOCEAN机器人行走步态进行离线规划,使其实现稳定步行.首先通过对人类行走步态的研究,结合双足机器人的实际结构,规划机器人行走时的基本姿态及重心轨迹;再建立机器人运动学模型,根据规划的行走姿态及轨迹建立运动学方程,求解方程得到机器人各关节的运动轨迹;最后,针对前向运动与侧向运动之间的耦合,对得到的运动轨迹进行修正,使机器人行走更加流畅,并通过实验验证了这种步态规划方法的可行性.     

两足步行椅机器人的稳定性研究

文章针对两足步行椅机器人介绍了其步态规划中步行稳定性的计算方法。以前向运动为例,详细讨论了先进行姿态规划并计算出机器人各部分位姿,然后利用ZMP理论求出其步行的稳定裕度的方法,通过计算机仿真验证了这一计算方法的有效性。     

教学型双足步行机器人转向步态规划方法的研究

双足机器人的步态规划包括直线行走和转向两个部分。在直线行走中,髋关节偏转的自由度被限制,而在转向过程中,最终的转向则必须通过髋关节的偏转才能实现。针对双足机器人转向时的步态规划问题,利用关节转向角进行多项式插值的方法,对机器人转向时的步态进行了规划。通过MATLAB和ADAMS建立虚拟样机,对步态规划结果进行仿真,仿真结果验证了步态规划的正确性。     

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。     

两足步行椅机器人及其稳定性计算研究

两足步行椅机器人是一种为残疾人设计,用来替代轮椅和假肢的助残机器人.本文介绍了两足步行椅机器人的整体机构设计,并以前向运动为例,详细讨论了利用ZMP理论进行步行稳定性计算的方法,最后通过计算机仿真验证了这一计算方法的有效性.     

A new virtual-real gravity compensated inverted pendulum model and ADAMS simulation for biped robot with heterogeneous legs

Our research team combined humanoid robots with intelligent lower limb prostheses to study the dynamic characteristics of intelligent lower extremity prostheses for disabled people in the walking process, and proposed a biped robot with heterogeneous legs (BRHL). This paper proposes a new virtual-real inverted pendulum system model to unify the models for both single support phase and double support phase in walking process and builds a special simulation platform which can acquire the real-time center of mass (COM) trajectory. Initially, a gravity-compensated inverted pendulum model was built and improved the stability of gait, a natural ZMP trajectory improved the anthropomorphism of the gait. Furthermore, in double support phase, a virtual inverted pendulum model was established and a virtual-real inverted pendulum model was proposed and used to plan the gait of both single support phase and double support phase in the walking process. Additionally, the joint angles were obtained by inverse kinematics; the stability of the system was analyzed to be feasible and effective by phase trajectories. A special ADAMS simulation platform was built to simulate the walking process and acquire real-time COM trajectory. The feasibility of the gait planning was also verified. Finally, the trajectory of COM was optimized based on the minimum energy criterion according to the geodesic equation.

     

Biped 4R2C six-bar mechanism with inner and outer feet

Most current biped robots are equipped with two feet arranged in the right and left which inspired by the human body system. Different from the existing configurations, a novel biped robot with inner and outer feet based on a spatial six-bar 4R2C(R and C denote revolute and cylindric joints, respectively) mechanism is proposed. It can move along a line or a curve by three walking modes that are dwell adjustment mode, limit position adjustment mode and any position adjustment mode. Kinematic, gait planning and stability analyses are performed respectively, and a prototype is developed. Lastly, a potential application is considered and two manipulating modes(sphere and cylinder manipulating modes) are carried out. This interesting mechanism feathering its single closed-chain structure and unique work performance is expected to motivate the configuration creation of biped robots.     

仿生直立双足机器人的稳定性控制算法

仿生直立双足机器人共有7个旋转自由度,对其稳定性控制是保证双足机器人稳定行走和姿态变换的关键。传统方法中对仿生直立双足机器人的稳定性控制采用二自由度超外差控制方法,对直立双足机器人抓握和操控的运动规划效果不好。提出一种基于末端效应逆运动学分解的仿生直立双足机器人的稳定性控制算法,构建了仿生直立双足机器人运动学结构模型,采用末端效应逆运动学分解方法对机器人的运动学模型进行七自由度重构,在重构的运动学状态空间中实现仿生直立双足机器人稳定性控制,实现控制算法改进。仿真结果表明,采用该算法进行机器人稳定性控制,机器人行走过程中各个机构部件具有稳定运动学参量的输出,仿生双足机器人的控制机构参数仿真结果与理论值在一定的波动范围内相符,保证了机器人在行走和各种行为动作实施过程的姿态稳定性。