基于ODE 引擎的开放式仿人机器人仿真

为了获得灵活、开放、简洁的仿真功能,提出了一种基于ODE（open dynamics engine）的仿人机器人 仿真平台集成方案．将基于ODE 的仿人机器人仿真系统开发过程定义为两类运算：变换叠加和关节叠加,并设计 了这两类叠加的ODE 算法．将仿人机器人结构描述为一个设计者和计算机都可以理解的结构表,将该结构表翻译 为ODE 基本元素实现仿真．设计并实现了一个基于所提出方案的仿人机器人仿真平台,根据基于倒立摆的步态规 划思想,设计并在仿真平台上实现了双足步行的仿真实验．实验证明了文中方法的有效性．     

基于运动相似性的仿人机器人双足步行研究

提出了一种基于人体步行运动相似性的仿人机器人双足步行动作设计方法．改进了人体步行轨迹的参 数获取与相似性匹配系统,扩展了相似性函数的适用范围．根据仿人机器人的机械连杆特点定义了步行运动周期中 的关键姿势与子相变换,建立了运动学约束方程,并对行走中出现的动态稳定性问题进行了约束．仿真和实体机器 人实验验证了该方法的有效性．     

仿人预测控制在双足机器人步行控制中的应用

基于零力矩点(ZMP)的预测控制是目前双足机器人步行控制中最先进的方法,但是预测控制需要比较精确的预测模型,在环境扰动导致模型失配时,预测控制的性能下降较快。为了解决这个问题,利用仿人智能控制对环境误差具有较强抑制的特点改进预测控制。探讨了在步行控制中引入仿人智能控制的必要性和仿人智能控制改进预测控制的可行性,并设计了仿人预测控制器。最后通过仿真实验验证了新的控制器对双足机器人步行控制的有效性。     

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．     

仿人机器人两步步态规划算法研究

为了进一步提高仿人机器人步行时的稳定性,通过对人类步行的研究,并从两足步行机的两步步态规划方法中得到启发,对仿人机器人步行也进行类似的两步规划,但由于结构上的不同,仿人机器人中采用加入上肢运动补偿的方式实现平衡.规划仿人机器人的运动姿态,然后根据零力矩点必须落在稳定区域的原则,对仿人机器人的上肢运动轨迹进行求解,通过这种加入上肢补偿的两步规划来实现仿人机器人的稳定步行.从实验结果可以看出,采用这种两足步态规划方法,在仿人机器人两足步行时,可以使机器人上肢与下肢协调运动,从而提高了步行的稳定性.     

基于自学习中枢模式发生器的仿人机器人适应性行走控制

为了克服传统中枢模式发生器(Central pattern generator, CPG)关节空间控制方法的复杂性和局限性, 本文基于自学习中枢模式发生器模型, 提出了一套在线调制和融合多传感器信息的仿人机器人环境自适应行走控制方法.算法难点在于如何在机器人的工作空间将自学习CPG用于工作空间轨迹生成, 并使CPG参数直接和步态模式相关联.本文提出了利用自学习CPG来学习和实时生成机器人质心轨迹和脚掌轨迹的方法, 在线调节机器人步长、抬腿高度和步行速度等关键参数.参考生物反射行为, 利用传感反馈信息激发CPG以产生具有环境适应性的工作空间轨迹, 提升行走质量. 控制系统的参数通过优化算法来进一步改善行走性能.相比于传统的CPG关节空间法, 本文所采用的自学习CPG工作空间法不仅极大简化了CPG网络结构而且提高了仿人机器人行走的适应性.最后, 通过仿人机器人坡面适应性行走的仿真和实验, 验证了所提出控制策略的可行性和有效性.     

仿人机器人稳定步行控制研究

介绍了仿人机器人运动控制研究现状,通过对步行机器人稳定性判据ZMP分析,提出通过控制踝关节转动角度来调节ZMP的位置,以保证机器人行走的稳定性．根据模糊控制理论,设计出步行机器人踝关节二维模糊控制系统及模糊控制器．仿真结果表明步行机器人能够通过控制踝侧向关节的相对转动调节ZMP点的位置,实现机器人的稳定步行．     

基于ADAMS的仿人机器人步态规划算法仿真和实现

论文从便于算法分析和保护仿人机器人物理样机的角度,提出了先利用ADAMS建立虚拟原理样机系统,再进行步态算法仿真和实现的方法。并详细阐述了基于ZMP的仿人机器人步态规划算法,以及如何利用ADAMS对步态规划算法进行仿真。最后通过实验验证了仿真的必要性和有效性。     

基于ZMP误差校正的仿人机器人步行控制

步行环境不理想、外力扰动等因素导致仿人机器人步行时ZMP出现误差,从而影响机器人的步行稳定性.由于机器人的各关节角度都对ZMP有影响,若只校正支撑腿的踝关节或髋关节等单个关节角度,则难以达到理想的步行控制效果,因此,本文综合考虑各关节角度对ZMP的影响,先通过模糊控制器基于ZMP误差给出机器人的质心位置增量,再利用二次规划方法和质心的雅可比矩阵求解出满足该质心位置增量的各关节角度校正量.仿真实验表明,本文方法较好地跟踪了期望ZMP,提高了步行稳定裕度,使仿人机器人实现了稳定的步行.     

四足机器人动态步行仿真及步行稳定性分析

为了研究影响四足机器人动态稳定步行的因素,使用ADAMS虚拟样机软件对四足步行机器人动态步行进行运动仿真。文中详细叙述了从机器人的运动轨迹规划、将MATLAB计算数据输入ADAMS,到由ADAMS施加力和约束、建立步行机器人虚拟样机的具体方法和步骤。从理沦及仿真结果两方面对影响机器人稳定步行的因素进行了较全面的分析和验证,如步长、步行周期、起步等。通过虚拟样机实验弥补了由于客观条件限制无法在物理样机上进行的部分实验内容,发现了机器人起步方式对步行稳定性具有明显影响并进行了分析。研究结果及所用的MATLAB-ADAMS联合仿真方法对四足步行机器人的设计研究以及仿真实验工作都具有指导意义。     

基于双臂摆动的仿人机器人偏摆力矩矫正方法

针对仿人机器人在步行时产生的绕ZMP(零力矩点)的偏摆力矩导致其失稳甚至摔倒的问题,提出了一种基于双臂摆动的偏摆力矩矫正方法.分析了偏摆力矩产生的原因及其对机器人步行稳定性的影响;根据仿人机器人的连杆模型和手臂摆动的单摆模型,推导出了双臂摆动力矩的表达式,结合双臂摆动的示意图阐述了利用双臂摆动力矩矫正偏摆力矩的原理;采用三次样条插值规划出双臂参数化的摆动角轨迹,再通过穷举法遍历摆动角参数使双臂摆动力矩满足偏摆力矩的矫正要求.仿真结果表明,该方法不仅能较好地矫正偏摆力矩,使机器人实现稳定的步行,而且能保证双臂的摆动角轨迹单调、平滑和周期性。     

基于腿部关节控制的仿人机器人偏摆力矩控制方法

针对机器人步行过程中产生的偏摆力矩影响步行稳定性的问题, 提出一种全新的基于腿部关节控制的偏摆力矩控制方法. 分析了偏摆力矩产生的原因及步行过程中垂直方向上的力矩平衡条件; 根据仿人机器人连杆模型和力矩平衡条件, 将偏摆力矩控制问题转化为带约束条件的二次规划问题, 推导出支撑腿腿部关节角度控制的表达式, 设计了腿部关节自适应控制器以提高轨迹跟踪性能, 并给出了稳定性证明. 仿真结果表明, 该方法能较好地克服偏摆力矩的影响, 使机器人实现稳定的步行.

     

下肢助行外骨骼步态规划与仿真研究

针对目前大多数下肢助行外骨骼自身不能维持稳定行走与步态规划方法存在缺陷的现状，设计一种10自由度主动驱动下肢外骨骼；其步态规划基于静稳定性判据，采用重心投影法，利用构造函数规划重心及踝关节轨迹，进一步通过运动学计算获得完整步态周期内所有关节的运动轨迹；运用ADAMS构建人-外骨骼耦合运动虚拟样机模型，进行平地步行仿真，仿真得到关键点的空间轨迹与动力学参数，通过与规划的重心和踝关节轨迹对比，外骨骼能够实现预期运动并稳定行走，仿真结果表明所设计的步态规划方法合理有效。     

仿人机器人动态步行控制综述

综述了仿人机器人动态步行的研究历史和研究现状。归纳了动态步行的特点,分析了动态步行稳定性判定方法,介绍了基于ZMP的姿态稳定判据和基于庞加莱映射（Poincaré Map）的步态稳定判据。总结了仿人机器人学习适应复杂地面环境步行的方法,概述了动态步行控制实现的典型解决方案,指出了动态步行控制中待解决的问题,并探讨了未来的发展方向。     

双足步行机器人的ZMP-CoP检测及研究

ZMP(零力矩点）和CoP(压力中心)是评价双足步行机构行走稳定性的重要参数．本文在研究了ZMP和CoP两者关系的基础上，根据THBIP-I仿人机器人基于ZMP理论的姿态调整要求和六维力/力矩传感器的安装位置，推导了适用于双足机器人的CoP计算公式，建立了采用六维力/力矩传感器的CoP检测系统．进行了THBIP-I仿人机器人行走过程的实际CoP检测实验，并对实验结果进行了讨论．实验证明了该系统的准确性.     

Walking Control Algorithm of Biped Humanoid Robot on Uneven and Inclined Floor

This paper describes walking control algorithm for the stable walking of a biped humanoid robot on an uneven and inclined floor. Many walking control techniques have been developed based on the assumption that the walking surface is perfectly flat with no inclination. Accordingly, most biped humanoid robots have performed dynamic walking on well designed flat floors. In reality, however, a typical room floor that appears to be flat has local and global inclinations of about 2°. It is important to note that even slight unevenness of a floor can cause serious instability in biped walking robots. In this paper, the authors propose an online control algorithm that considers local and global inclinations of the floor by which a biped humanoid robot can adapt to the floor conditions. For walking motions, a suitable walking pattern was designed first. Online controllers were then developed and activated in suitable periods during a walking cycle. The walking control algorithm was successfully tested and proved through walking experiments on an uneven and inclined floor using KHR-2 (KAIST Humanoid robot-2), a test robot platform of our biped humanoid robot, HUBO.     

Development of a Leg Part of a Humanoid Robot—Development of a Biped Walking Robot Adapting to the Humans' Normal Living Floor

The authors are engaged in studies of biped walking robots from thefollowing two viewpoints. One is a viewpoint as a human science. Theother is a viewpoint towards the development of humanoid robots.In this paper, the authors introduce an anthropomorphic dynamic bipedwalking robot adapting to the humans' living floor. The robot has tworemarkable systems: (1) a special foot system to obtain the positionrelative to the landing surface and the gradient of the surfaceduring its dynamic walking; (2) an adaptive walking control system toadapt to the path surfaces with unknown shapes by utilizing theinformation of the landing surface, obtained by the foot system. Twounits of the foot system WAF-3 were produced, a biped walking robotWL-12RVII that had the foot system and the adaptive walking controlsystem installed inside it was developed, and a walking experimentwith WL-12RVII was performed. As a result, dynamic biped walkingadapting to humans' floors with unknown shapes was realized. Themaximum walking speed was 1.28 s/step with a 0.3 m step length, andthe adaptable deviation range was from -16 to+16 mm/step in the vertical direction, and from-3 to +3° in the tilt angle.