类人机器人耦合步态规划与实验研究

随着科技发展,类人机器人的研究不断激起人们的研究兴趣并取得了巨大进展,但仍存在大量技术难题有待进一步研究。其中,类人机器人的步态规划是类人机器人研究中需解决的重要问题之一。为解决目前步态规划普遍存在的前进和侧移步态耦合的问题,提出了一种耦合步态规划方法。该方法基于传统的ZMP步态规划方法,首先建立运动学模型,然后规划踝关节和髋关节轨迹,逆运动学求得步态数据,最后通过ZMP位置判断步态稳定性,并将得到的稳定步态用于类人机器人样机GRM2010。     

类人机器人仿真平台构建及其Matlab实现

应用仿真技术来设计和定义类人机器人,有助于对机器人运动的研究,也方便了整体系统的开发与实现.提出了用具有树特征的图结构定义类人机器人数据结构的方法,应用深度优先搜索算法对其进行遍历,并用螺旋理论和链乘法则来描述机器人的姿态,构建出基于Matlab软件的仿真平台.该平台引用零力矩点ZMP理论作为机器人动态行走的稳定约束,...     

两足步行机器人步态及运动稳定性分析

讨论分析了两足步行机器人的步态及运动稳定性,运动动力学方法对步行机的ZMP点进行计算,得出两足步行机器人保持静态稳定行走的必要条件.     

冗余度机器人运动规划的动态方法

引入扩展雅可比矩阵 ,导出一般优化条件下冗余度机器人运动规划的动态方法 ,并用李亚谱诺夫稳定性定理证明了该系统是渐近稳定的。并对平面单臂 3R机器人以及由其组成的双臂机器人进行了仿真研究 ,表明本算法具有一定的“鲁棒性”和“容错性”。     

面向未知复杂地形的四足机器人运动规划方法

针对四足机器人在非结构化环境下的自适应稳定行走问题,提出一种面向未知复杂地形的四足机器人运动规划方法。采用爬行步态,基于零力矩点(Zero moment point, ZMP)稳定性判据进行在线轨迹规划。通过摆动腿的落地规划和感知策略估计未知地形的参数,实时调整各支撑腿的长度以控制机器人躯体的位置和姿态与当前地形相匹配,实现四足机器人对于未知地形高度和坡度变化的自适应。试验结果表明,四足机器人能够在满足稳定性的前提下,对未知复杂地形具有良好的适应能力,验证了该方法的有效性与可靠性。     

载人两足步行机器人步态规划

载人两足步行机器人是一种为残疾人设计,用来替代轮椅和假肢的新型步行机器人。由于其关节自由度较多,可以通过自身的调节来保持纵向及横向的平衡,从而保证动态步行的平稳,但也因此使得零力矩点(ZMP)的计算上出现耦合现象,为ZMP轨迹的精确规划带来困难。从重心的轨迹入手,通过约束重心z向坐标实现载人两足步行机器人纵向与横向的分离,进而以重心的轨迹为基础,确定了机器人行走姿态,并通过简化模型计算支撑脚关节扭矩来评估步态规划的正确性与合理性。     

多机器人协作运动规划及相关问题研究

多机器人协作运动规划是当前研究的热点之一。本文从机器人和障碍物的描述方式、碰撞检测、基本运动规划、多机器人协作运动规划等几个方面介绍了不同算法的特点，通过对不同技术进行比较和分析，指出各种算法的优点与不足。     

两轮机器人的舞步运动规划和仿真研究

提出了基于有限状态自动机的动作描述方法并给出两轮机器人的舞步运动规划,推导出了两轮机器人的运动学模型,给出两轮机器人分解运动速度控制算法.用MATLAB仿真得出机器人模拟华尔兹基本舞步的动作规划,验证了该算法的准确性.     

双足溜冰机器人步态规划的研究

将ZMP稳定性理论应用到两足溜冰机器人的姿态稳定性分析中,得到了机器人溜冰运动的姿态稳定性判据.从仿生学的角度出发,提出了溜冰机器人的单腿蹬地溜冰步态,以稳定性分析为基础,对溜冰机器人的溜冰步态规划进行了研究,实验结果验证了步态规划方法的正确性.     

多冗余度柔性机器人运动规划

研究多冗余度柔性机器人运动规划问题。利用冗余度机器人的冗余特性 ,通过运动规划 ,可以使柔性机器人的运动精度提高。采用充分利用冗余特性的初始位形和自运动同时规划法 ,分别对具有一个冗余度的平面三柔性臂机器人和具有两个冗余度的平面四柔性臂机器人进行规划。通过比较 ,显示了多冗余度在改善柔性机器人性能方面的优越性     

基于激光深度传感器的仿人机器人动作示教

针对机器人的运动示教问题,提出了一种基于激光深度传感器的示教系统。利用激光深度传感器能够快速准确获得人体各关节空间三维坐标的性质。通过分析机器人的关节构型,推导出由笛卡尔坐标空间到关节空间的转换公式,利用该公式,能够实现人体各关节转角的实时计算,进而实现对机器人的简单快捷的运动示教。为了在平滑数据的同时避免延时,提出了一种基于速度的有选择均值滤波法。将该示教方法应用在BioROBO仿人机器人上,试验结果证明了该方法的有效性。     

轮式移动仿人护理机器人运动稳定性分析

针对护理机器人腰臂配合抱起病人时容易发生倾翻和侧滑的问题,以自主研发的全方位移动仿人护理机器人为研究对象,从静态和动态两个方面研究机器人此阶段的运动稳定性。在没有负载或低速运动工况下,利用重心投影法,分析其静态稳定性;在有负载变化情况下,利用零力矩点理论并结合递归牛顿-欧拉算法,分析其动态稳定性。最后运用ADAMS仿真软件对护理机器人运动过程进行仿真分析,为确保护理机器人的运动稳定性提供理论依据。     

基于反馈控制的仿人机器人步态规划

为了解决仿人机器人离线步态规划中机器人难以跟踪期望步态的问题,建立了仿人机器人的简化三连杆模型,并运用拉格朗日力学对模型进行了动力学分析,包括机器人单腿支撑期和双腿支撑期以及整体步行模型,在此基础上,提出将混杂系统的输出作为机器人的规划步态函数,设计了反馈控制器来实时调整机器人的实际步态。仿真结果表明,所设计的反馈控制器能够很好地调整机器人步态。     

小型仿人机器人逆运动学分析及步态规划

基于机器人学的理论基础,在对小型仿人机器人几何机构和行走特点进行分析的基础上,加入了机构的约束条件,讨论了这些约束条件的来源,并用“滑移杆”化简方法进行了逆运动学变换,得到了逆运动学方程的反解。在此基础上实现对机器人步态规划,并且进行了验证。     

仿人型跑步机器人矢状面起跳运动的实现

针对仿人型跑步机器人实现起跳动作时没有考虑腿部质量或将机器人质心固定在身体上某点的不足,提出了一种新的方法实现跑步机器人矢状面内的起跳动作:利用“虚拟腿”的概念,求出机器人质心的轨迹,然后对某些广义坐标进行规划,通过求解非线性方程组计算出机器人在每个时刻的运动学参数。最后根据动力学方程求出各个关节的驱动力矩。仿真结果表明:机器人跑步时各个关节角度和关节驱动力矩变化平稳,因此起跳动作设计合理。     

基于运动相对性的六足机器人机体运动规划

将处于支撑相的六足机器人视为时变的并联机构进行运动学分析,给出了姿态给定情况下机体工作空间的确定方法及边界方程。在此基础上基于运动相对性原理,提出将机体的运动规划转化为足端轨迹规划的方法,从而简化机体运动规划中逆解的求取问题,并通过仿真与实验进行了验证。结果表明：六足机器人在支撑相内机体的工作空间为至多是支撑腿条数个空心球体的交集,利用运动相对性原理对支撑相内机体的运动规划问题进行转化简便、可行。     

基于人体动作姿态识别的机器人仿人运动*

以关节式机器人为对象,进行机器人仿人运动研究。从人体动作姿态识别、人-机动作映射、机器人运动控制等方面,详细阐述机器人仿人运动算法。提出人体动作姿态识别方法,利用Kinect传感器捕获人体运作的关节点位置信息,在建立人体基准坐标系的基础上,为了得到描述肩、肘运动的动作信息,计算人体手臂动作的关节角度,实现人体动作姿态的识别。在分析人体肩、肘等关节和机器人机构差异性的基础上,建立人体手臂与四自由度机械手臂的人-机动作映射规则。针对机器人自由度较少,无法完全复现人体运动的情形,分析、比较不同控制策略的优缺点和适用性,寻求适合机器人操作的复现控制策略。关节式机器人接收运动控制指令,执行相应的关节运动,从而实现机器人仿人运动。相关试验验证了人体动作姿态识别和机器人仿人运动控制算法的有效性。研究成果对于提高机器人控制和操作的简单易用性、提高人机交互能力具有借鉴意义,对于扩展机器人应用领域具有实践意义。     

基于构形控制的仿人机器人操作臂最小关节运动研究

以宜人化双臂操作服务型机器人的左臂为研究对象，进行仿真研究与分析。建立七自由度的冗余操作臂的运动学模型；以加权关节运动为优化目标，利用构形控制的方法求解操作臂的运动学逆解。仿真结果证明，在保证操作臂末端精确跟踪设定轨迹的前提下，关节运动避免了极限，加权关节运动得到了优化，算法和优化指标有效可靠。     

基于多传感器的足式机器人路径规划系统研究

采用全球定位系统（GPS）、数字罗盘和超声波传感器,构建了足式机器人路径规划系统,对多个传感器的数据进行融合,建立了导航和避障的算法模块。试验验证,机器人按照该算法能够简单避障并到达目标点。     

液压驱动六足机器人一种低冲击运动规划方法

足地接触冲击对大尺度重载足式机器人的运动性能影响显著。针对液压驱动六足机器人,以低冲击平顺运动为目标,提出一种减小足地接触冲击的足端轨迹规划方法。基于仿生构型和运动学模型推导腿部关节的角度函数,根据液压缸铰点布置和腿部机构几何关系推导出各液压缸活塞杆的位置控制函数,分析表明关节和液压缸运动平稳,速度、加速度无突变。基于Vortex搭建机器人仿真平台,采用该方法实现了步行过程的仿真模拟,机体稳定前移过程中的垂向起伏微小,侧向偏移率约为2.1%。将该方法应用于开发的六足机器人原理样机,进行野外自然环境行走测试,各关节按预定轨迹平稳运动,足端受力合理。仿真结果与试验结果具有较好的一致性,验证了提出的运动规划方法合理可行。