基于参数化最优的仿人机器人倒地运动控制

针对仿人机器人的倒地运动控制,用经典的参数化优化方法求得最优控制函数的一个近似解．然后, 利用参数化控制及强化技术,基于几个分段的常数去逼近最优解,再将最优控制问题转化为一系列参数优化问题． 利用该方法提出了仿人机器人倒地优化控制算法,并与遗传算法进行了比较．最后,通过仿真对算法进行了验证．     

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．     

仿人机器人相似性阶梯行走约束与优化控制

针对基于运动相似性的仿人机器人动作规划中固定运动捕获轨迹难以适应可变目标环境的问题,以仿人机器人上阶梯为例,提出了一种基于运动相似性的行走约束与优化控制方法.首先,为相似性阶梯运动轨迹划分子相关键姿势,施加运动学约束;其次,对运动的稳定性、方向、落脚缓冲等施加动力学约束;再次,结合粒子群优化与分层强化学习方法,提出粒子群分层强化矢量位置择优算法,用于对机器人阶梯运动轨迹进行优化.实验证明了方法的有效性.     

基于关键帧相似性的仿人机器人步态规划

为解决传统步态规划方法运算量大、运行时间长的问题,提出一种基于关键帧相似性的仿人机器人步态规划方法,通过对步态关键帧的相似性度量、髋关节的规划、零力矩点(ZMP)的实时校正,实现仿人机器人曲线行走步态的在线调整,调整后的步态能够较好地逼近实际ZMP曲线。实践结果表明,该方法在降低运算量的同时较好解决了仿人机器人的步态稳定及快速规划问题,并且可以减少步态选择不理想时的时间消耗。     

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．     

仿人机器人相似性运动研究进展

针对仿人机器人模仿人体运动问题, 从运动轨迹角度比较了基于运动解析方程方法与基于人体运动相似性方法的特点, 阐述了相似性运动系统基本结构, 分析了图像捕捉与处理、相似性特征处理、相似性运动约束与优化等模块功能, 阐述了相似性运动中的人体运动捕获与处理、运动关节解算、运动模型简化与重定向、关键姿势处理与相似度评价、关节空间位姿计算、动力学匹配约束等方面的研究现状, 最后提出了研究展望。     

仿人机器人下楼梯的自适应模糊控制方法

针对仿人机器人下楼梯时的稳定行走问题,提出基于虚拟零力矩点的自适应模糊控制方法。按一定约束条件规划各个关节的运动轨迹,利用模糊控制器得到地面反作用力点的位置,根据脚力传感器反馈信息进行适当修正,得到理想关节轨迹。仿真结果证明,该方法具有实时性和有效性。     

仿人机器人相似性运动轨迹跟踪控制研究

提出一种基于带观测器的条件状态反馈控制的仿人机器人相似性运动轨迹跟踪控制方法.首先,分析了7连杆双足机器人动力学模型,阐述了其运动能量方程与动力学特征方程; 其次,基于带观测器的状态反馈控制器原理,构建起三维倒立摆平衡控制模型; 最后,由线性二次型调节器确定状态反馈增益矩阵,使机器人轨迹跟踪误差最小化,以复现出较高相似度的双足步行运动效果.实验验证了该方法的有效性.     

仿人机器人上下楼梯稳定行走控制策略

提出了仿人机器人上下楼梯稳定行走控制策略.首先引入了虚拟零力矩点的概念,然后推导了上下楼梯稳定区域和稳定裕量的计算方法,如果ZMP点在稳定区域内,则采用基于ZMP在线调整控制方案,提高稳定性.如果FZMP点在稳定区域外,则采用基于FZMP调节控制策略,及时修正行走轨迹,使仿人机器人获得新的稳定区域,恢复稳定.仿真结果表明了该控制策略的正确可行.     

仿人机器人复杂动态动作设计及相似性研究

提出了一种基于人体运动的考虑节奏相似性的仿人机器人复杂动态动作设计方法. 首先, 把人体的运动分割成基本动作段, 给出了运动学约束, 讨论了复杂动态动作的稳定性调节方法. 然后, 提出了考虑运动节奏的仿人机器人模仿人体动作的相似性函数, 并给出了满足运动学约束和动力学稳定性、具有高相似性的运动轨迹求解方法. 最后, 通过在仿人机器人 BHR-2 上进行中国功夫``刀术'实验验证了该方法的有效性.     

基于ZMP的仿人机器人跑步运动模式

采用小车-曲面桌子模型,提出了一种基于零力矩点(zero moment point,ZMP)的仿人机器人跑步运动模式.在单腿支撑阶段和飞行阶段,分别规划了仿人机器人的质心运动轨迹和双脚运动轨迹.在单腿支撑阶段,求解根据小车-曲面桌子模型建立的动力学方程,依据小车的运动轨迹规划出仿人机器人的质心轨迹;在飞行阶段,仿人机器人质心可看作抛物线运动,质心轨迹可通过水平方向上的匀速运动和竖直方向上的自由落体运动轨迹表示.分析了双脚与地面接触时的力及力矩约束.通过改变ZMP调整身体的倾斜角度,保持身体动态平衡.同时根据动力学方程分别求解出踝关节及其他关节的关节力矩.仿真实验结果表明:仿人机器人跑步时各关节角度和关节驱动力矩变化稳定,能够实现稳定的跑步,验证了方法的有效性.     

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。     

复杂环境下仿人机器人有效支撑区域的感知

当主流的仿人机器人都采ZMP(zero moment point)理论作为稳定行走的判据.实时ZMP点落在支撑足与地面接触形成的多边形支撑区域内是仿人机器人实现稳定步行的必要条件.因此实现仿人机器人在复杂现实环境中稳定行走,必须要求机器人足部感知系统提供足够丰富的地面环境信息,从而可以准确获取支撑区域的形状以实现基于实时ZMP点的稳定控制.文中将柔性阵列力传感器应用于仿人机器人足部感知系统,提出了获取仿人机器人支撑区域形状的方法,而且通过实验验证了其可行性.     

拟人机器人抗干扰行走稳定性分析

通过引入虚拟零力矩点假设,提出了一个多种外界干扰下拟人机器人的整体分析模型,分析了拟人机器人抗干扰行走的稳定性.给出了支撑多边形的计算机表达方法和失稳时旋转边界的确定方法.为了在不同的情况下保持平衡,提出了改变支撑多边形、手的支撑、改变上体重心等3种新的稳定性恢复方法.通过优化从虚拟零力矩点到旋转边界的距离,提出了恢复平衡的优化算法.通过仿真实例验证了所提出方法的正确可行性.