基于六维力／力矩传感器的拟人机器人实际ZMP检测

ZMP（Zero Moment Point)作为双足双行机器人动态稳定行走的判据,已应用于世界上银多著名的步行机器人系统。目前国外步行机器人大多采用力／力矩传感器进行ZMP的实际检测计算,但采用六维力／力矩传感器的却不多,而且其安装位置也各不同,国内机器人还都还都处于离线步态规划阶段,只进行理论了ZMP的计算,并没有进行实时检测。本文根据清华大学985重点项目“拟人机器人技术及其系统研究”的研究要求,确定基于六维力／力矩传感系统的实际ZMP检测方案,确这了传感器安装的最佳位置,推导了单脚支撑期,双脚支撑期的实际ZMP计算公式提出了基于ZMP理论的姿态调整方法,以期在实际应用中进行在线步态规划。     

双足步行机器人的步态规划

主要研究了双足步行机器人的基本步态的建立过程,进行了参数化处理,提出了一种简单可行的步态规划方法,并对数据结果进行了仿真验证。仿真及试验结果表明,该文给出的方法能实现不同步速的连续动态步行。通过标准步态数据的建立,为实时步态规划校正和在线控制补偿算法奠定了基础。     

小型双足步行机器人的步态规划

为了解决双足步行机器人的步态控制,实现机器人稳定步行.为加强机器人的行走稳定性和优化步态过程,通过构造机器人行走过程中应满足的约束条件,规划机器人行走时的基本姿态及重心轨迹.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.通过Matlab软件进行对运动轨迹模型的仿真,仿真得到的结果与设想的结果一致,证明步行得到平滑的关节轨迹是平稳的,并验证了方法的可行性.     

一种双足步行机器人的步态规划方法

本文介绍了一种双足步行机器人的步态规划方法，以前向运动为例，详细介绍了先分阶段规划然后合成的方法，并讨论了行走过程中的冲击振动问题及减振措施，实验及仿真结果验证了这一规划方法的有效性。     

基于三维线性倒立摆的双足机器人步态规划

双足机器人的步态控制策略是保证双足稳定行走的重要条件之一.提出一种基于三维线性倒立摆模型的双足机器人步态规划的算法.首先简化了三维倒立摆模型,并且假设了步行周期起始状态的ZMP位置,然后通过运动方程推导出含参数的质心与时间的函数,再将机器人的步态规划简化到每个步行周期,通过每个周期的初始条件获得函数的相关参数,最后将此方法推广到带转向的步态规划中,并应用于实际Robocup3D比赛中.实验结果表明该方法具有可行性和有效性.     

基于神经反射的双足机器人步态控制的研究

双足步行机器人因为其高度的非线性系统且无固定支撑底面,使得传统的控制策略或算法产生的步态控制运动十分的僵硬,缓慢,缺乏灵活的自组织能力,与真正生物步态存在很大差异;而生物能很好利用环境的反射自激行为产生有节律的协调运动从而适应多种复杂环境,文中基于神经反射原理设计了反射网络控制器,从而克服常规控制策略的步态规划的不足,提高了系统性能,消除了关节的抖动,能够很好地适应其外界环境干扰因素的影响,通过MATLAB和ADAMS联合动态仿真,证明了该控制方案的优越性,并得到很好的控制效果。     

双足机器人动态步行实时步态生成

针对双足机器人动态步行生成关节运动轨迹复杂问题,提出了一种简单直观的实时步态生成方案。建立了平面五杆双足机器人动力学模型,通过模仿人类步行主要运动特征并根据双足机器人动态步行双腿姿态变化的要求,将动态步行复杂任务分解为顺序执行的四个过程,在关节空间相对坐标系下设计了躯干运动模式、摆动腿和支撑腿动作及步行速度调整模式,结合当前步行控制结果反馈实时产生稳定的关节运动轨迹。仿真实验验证了该方法的有效性,简单易实现。     

平面双足机器人虚拟斜坡行走步态生成算法研究

在平面双足机器人上应用虚拟斜坡行走方法设计了具有4个参数的步态生成算法．根据虚拟斜坡行走成立的基本条件研究了步态参数之间的关系,最终将独立参数减少到3个．步态参数具有明确的物理意义,可以实时地、便捷地调节行走速度．在平面机器人Stepper上采用所提出的步态生成算法,实现了1.243.88腿长秒的连续速度切换．     

欠驱动双足机器人动态步态规划方法研究

以欠驱动双足机器人为对象研究其周期稳定的动态步态规划方法。首先建立欠驱动双足机器人的混杂动力学模型,然后采用时不变步态规划策略对机器人步态进行规划,并研究周期步态的收敛条件。步态参数直接决定周期步态的稳定性,采用遗传算法,以能耗最优为目标,以限制条件为约束对步态参数进行选择和优化。最后通过虚拟样机对机器人的行走过程进行动力学仿真。实验表明规划步态收敛于稳定的极限环,实现了高速动态步行,该规划方法是可行的。     

基于GCIPM行走的步行机器人路径规划

介绍了利用重力补偿倒立摆方式（GCIPM）提高步行机器人行走的稳定性。该方法与以往利用线性倒立摆方式（IPM）控制的机器人相似,但是考虑了期望轨迹上机器人的迈步腿力。当基于IPM的路径规划应用到实际的步行机器人上,依据ZMP控制理论从预固定点移动时,被忽略的迈步腿力的变化在实际中使稳定性得不到保证。由于GCIPM考虑了迈步腿力的影响,仿真表明,应用GCIPM的步行机器人,稳定性得到优化提高。     

考虑综合步行约束的仿人机器人参数化3D 步态规划方法

给出了一种三维环境下双足行走的参数化步态规划方法,建立了仿人机器人13 质量块约束动力学模 型．考虑单腿支撑和双腿支撑无冲击连续切换的六点边界约束条件、可行步态物理约束条件以及ZMP 稳定性约束 条件,以关节输出力矩函数的二次型积分值最小作为优化指标,采用参数化步态优化方法,将复杂关节轨迹的规划 问题转化为分段多项式系数组成的有限参数向量的优化问题,得到了快速和慢速两组光滑无振动的优化步态．仿真 和样机实验验证了该方法的有效性．     

Adaptive Gait Control of a Biped Robot Based on Realtime Sensing of the Ground Profile

In this paper, realtime control of dynamic biped locomotion usingsensor information is investigated. We used an ultrasonic rangesensor mounted on the robot to measure the distance from the robot tothe ground surface. During the walking control, the sensor data isconverted into a simple representation of the ground profile inrealtime. We also developed a control architecture based on theLinear Inverted Pendulum Mode which we proposed previously fordynamic walking control. Combining the sensory system and thecontrol system enabled our biped robot, Meltran II, to walk overground of unknown profile successfully.     

基于CAN 总线的机器人脚力传感器的设计及其应用􀀂

ZMP控制理论已广泛应用于双足步行机器人的步态规划中,行走过程中的实际ZMP轨迹,是通过安装在脚部的两个多维脚力传感器获取的力/力矩信息计算得到.文章提出并设计了一种基于CAN总线接口的双足步行机器人集成化脚力传感器,给出了其硬件组成及软件设计,并详细论述了双足步行机器人行走过程中实际ZMP轨迹的计算方法.     

两足步行椅机器人机械参数与步行稳定性关系研究

研究了两足步行椅机器人的机械参数对步行ZMP（Zero Moment Point）稳定裕度的影响．采用稳定的参数化步态，在步态不变的情况下，改变机器人各连杆的质量、转动惯量和质心位置，分析其对ZMP稳定裕度的影响．通过仿真实验得到以下结论：合理选择大腿、小腿和上身的机械参数可以显著增加步行ZMP稳定裕度，从而降低伺服控制的难度．     

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．     

Adjustment of Home Posture of Biped Humanoid Robot Using Sensory Feedback Control

Humanoid robot dynamic walking is seriously affected by the initial home posture (walking ready posture). If the initial home posture is not accurate, the robot may fall down during walking despite using robust walking control algorithm. Moreover, the initial home posture of a real physical robot is slightly different at every setting because the zero position of the joint is not exactly the same. Therefore, an accurate and consistent initial home posture is essential when we compare and analyze walking control algorithms. In order to find a zero position, an incremental encoder with a limit switch or an absolute encoder such as a potentiometer can generally be used. However, the initial calibration of this method for a multi-axis humanoid robot that enables the desired initial sensor signal is difficult and time-consuming. Furthermore, it has the disadvantage that additional limit switches or absolute encoders can interfere with the design objective of compactness. Therefore, this paper describes a novel adjustment method of the home posture for a biped humanoid robot utilizing incremental encoders, an inertial sensor and force torque sensors. Four kinds of controllers are proposed for the adjustment of the home posture and adjusted offsets are measured when the outputs of the controllers have converged. Experimental results from KHR-2 show the effectiveness of the proposed adjustment algorithm.     

五杆四驱动平面双足机器人动态步态规划与非线性控制

以五杆四驱动的平面双足步行机器人为对象,研究了其动态步行的时不变步态规划和限定时间的非线性控制策略．揭示了其模型的欠驱动和完全驱动的混杂和非光滑动力学特性,推导了其碰撞模型．基于虚拟约束的概念,提出时不变步态的输出函数解析设计方法,设计了反馈线性化控制器,将系统转化为双积分环节．然后采用限定时间控制器在一步内零化输出函数．仿真实验表明,动态步行趋于一个稳定的极限环,实现了规划的行走模式,验证了该方法的有效性．     

Robust Sliding-mode Control of Nine-link Biped Robot Walking

A nine-link planar biped robot model is considered which, in addition tothe main links (i.e., legs, thighs and trunk), includes a two-segment foot.First, a continuous walking pattern of the biped on a flat terrain issynthesized, and the corresponding desired trajectories of the robot jointsare calculated. Next, the kinematic and dynamic equations that describe itslocomotion during the various walking phases are briefly presented. Finally,a nonlinear robust control approach is followed, motivated by the fact thatthe control which has to guarantee the stability of the biped robot musttake into account its exact nonlinear dynamics. However, an accurate modelof the biped robot is not available in practice, due to the existence ofuncertainties of various kinds such as unmodeled dynamics and parameterinaccuracies. Therefore, under the assumption that the estimation error onthe unknown (probably time-varying) parameters is bounded by a givenfunction, a sliding-mode controller is applied, which provides a successfulway to preserve stability and achieve good performance, despite the presenceof strong modeling imprecisions or uncertainties. The paper includes a setof representative simulation results that demonstrate the very good behaviorof the sliding-mode robust biped controller.