仿壁虎机器人的步态设计与路径规划

对仿壁虎机器人的步态规划问题进行探讨,在观察分析大壁虎爬行方式的基础上,总结出1324、伪1324以及对角线三种步态,并简要介绍不同步态规划之间的区别,最终选择对角线步态作为仿壁虎机器人的爬行步态。在此基础上设计仿壁虎机器人的直线位移步态规划和原地转弯步态规划。针对仿壁虎机器人的单足路径规划,根据步态规划结果将每一条步行足的运动过程分为支撑相和摆动相两种状态,通过对路径约束条件的分析,用多项式逼近的方法分别得出仿壁虎机器人单足路径支撑相和摆动相的一般性表达式,为计算关节控制量提供相应的依据。最后结合实际研制的仿壁虎机器人对步态路径规划进行实例仿真分析,得出支撑相和摆动相的位移时间关系,证明用多项式逼近的方法生成的路径曲线具有良好的起落特性,为仿壁虎机器人的稳定姿态爬行移动控制提供了理论依据。     

六足仿蜘蛛机器人的结构设计与仿真分析

针对六足机器人运动规划问题,设计了一种六足仿蜘蛛机器人。首先,利用SolidWorks设计了六足仿蜘蛛机器人的机械结构;然后,通过建立六足仿蜘蛛机器人的D-H坐标系,构建了仿蜘蛛机器人行走机构的运动学模型,对机器人的单腿正、逆运动学进行了分析,推导了正逆运动学方程;最后,对几种典型步态进行了分析,运用多项式差值拟合的方法对仿蜘蛛机器人的摆动相及支撑相作了足端轨迹的规划;在此基础上,将SolidWorks模型导入到ADAMS/View中,利用ADAMS对几种典型步态进行了仿真,验证了对其步态规划的正确性。研究结果表明:该六足仿蜘蛛机器人的设计方案是有效的。     

仿人机器人的步态规划研究

针对仿人机器人最优步态规划问题,以所设计的仿人机器人为样机,以零力矩点为稳定判据,对仿人机器人行走时应满足的约束条件进行分析,并采用基于三次样条函数的三点式规划法进行步态规划。仿真结果表明,所提出的步态规划方法可有效提高仿人机器人的行走稳定性,为仿人机器人的发展和研究提供了参考。     

基于ADAMS的仿人机器人步态仿真与分析

仿人机器人是机器人研究领域的热点问题。文中在利用Pro/E三维建模软件对仿人机器人进行了结构设计之后,又用ADAMS仿真分析软件对仿人机器人进行了步态仿真分析。在ADAMS环境下对针对仿人机器人进行了合理的步态规划,并且在仿人机器人平稳快速行走过程中对上肢的质心位置移动做了定量分析。最后针对仿真分析结果对仿人机器人步态进行了优化设计。     

双足仿人机器人的设计与步态分析

设计了一个双足仿人机器人,建立了机构的三维模型,对机器人腿部进行了运动学分析及步态规划,并运用ADAMS进行了仿真。结果表明结构设计及步态规划合理正确,为物理样机的制造提供了重要依据。     

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。     

基于动作捕捉技术对仿人机器人运动学分析与步态仿真

以人类的构造为原型,基于仿生学的角度,设计了一种下肢单腿7自由度的仿人机器人.通过三维光学动作捕捉系统采集人体正常行走时的运动位置坐标,分析数据,获取人体步态行走时的关节角度及下肢各关节力矩变化规律;建立了下肢7自由度运动学模型并进行逆运动学分析,求解出下肢各关节角度的变化情况,并根据步态规划求解出仿人机器人步行运动过程中下肢各关节转动角度;在UG环境中建立下肢7自由度的仿人机器人三维模型,并利用多体动力学软件Adams进行动力学仿真,结合步态运动规划求解出的角度变化情况对仿真参数进行设置,通过虚拟样机完成仿人机器人的步态行走,并将仿真数据和动作捕捉实验获取的数据结果进行对比.研究结果显示,仿人机器人能够实现稳定的步态行走,确认了整体建模思路、运动学分析以及动力学仿真的准确性.以实验结果为基准,仿真所获得的髋关节和膝关节力矩值相对于实验值的相对误差分别为6.7％和9.6％,均在合理的范围内,为仿人机器人结构设计和电机选型提供了依据.     

仿人机器人步行运动学建模与仿真

为研究仿人机器人步行、跑动和跳跃等技术问题,并实现仿人机器人在复杂非结构的人类生活环境中的应用。建立了刚柔耦合的仿人机器人系统;用D-H坐标变换法建立数学模型并得出正逆运动学公式及其解析解;规划出机器人稳定无冲击的行走步态,将Solidworks实体模型导入虚拟样机Adams中进行运动仿真,仿真结果与规划步态基本一致,验证了所建立的数学模型和实体模型的正确性,为仿人机器人动力学分析和步态优化提供了研究平台。     

12自由度双足机器人的开发与步态规划研究

针对一种新型的仿人型12自由度双足机器人,首先介绍了其基于Solid Works的机械结构设计,具体阐述了双足机器人机械主体的组成、自由度配置以及其拟人关节和传动机构的设计;构建了双足机器人基于D—H坐标系的运动学模型。而后重点研究了一种离线的步态规划方法,其核心思想是将双足机器人的前向步态和侧向步态分别简化为七连杆模型和五连杆模型,分别加以几何约束分析,然后在Z坐标相等的情况下合成三维步态;最后通过ZMP方程来检验并在Matlab环境下进行仿真,验证了所述规划方法的有效性。     

基于Simulink的仿人机器人步行运动仿真模型

在对仿人机器人完整步行运动分析的基础上,基于Simulink建立了仿人机器人步行运动仿真模型.首先,给出了仿真模型的整体结构框架;接着,建立了仿人机器人13质量块动力学模型,分析和讨论了仿人机器人行走过程中脚与地面的作用过程,基于关节驱动力矩二次型积分最小,规划得到了一组稳定的行走步态,并基于传感反射控制实现了仿人机器人复杂环境下的应用;最后,对仿真结果进行了分析和讨论.     

基于遗传算法优化的仿人足球机器人步态规划研究

针对机器人足球比赛的特点及实现仿人足球机器人稳定快速步行的要求,提出了一种基于遗传算法优化的步态规划方法。首先,分析了仿人足球机器人一个完整步行周期的运动过程,根据步行中髋关节运动连续和踝关节运动间断的特点,分别采用三次样条插值与高次多项式插值进行了轨迹插值;其次,以零力矩点（ZMP）稳定裕度为参数构造了目标函数;最后,利用遗传算法（GA）对规划的步态进行了优化,从而得到了ZMP稳定裕度相对较大的稳定步态。仿真结果表明,该方法规划的步态能实现仿人足球机器人更稳定地步行。     

人形机器人建模与步态规划

目前人形机器人控制的难点主要集中在:关节扭矩不够,运动稳定性不佳等方面。针对以上问题,提出了以下解决方案:针对关节扭矩不够选取了大扭矩电动机的同时,采用三次样条差值使运动轨迹更加平滑,减小输出扭矩。采用ZMP来观察运动轨迹,改善运动的稳定性。同时,由于人形机器人运动稳定性不佳,容易摔倒,使用ODE物理引擎在Labview中建模与仿真,进行更加方便的进行步态规划的研究。最终实现了仿真平台下人形机器人的稳定行走。     

低成本类人足球机器人控制系统设计

通过分析当前类人足球机器人控制系统中CPU的优缺点，提出了一种新的低成本的类人足球机器人控制系统。该系统采用数字信号处理器（DSP）和嵌入式处理器（ARM），由DSP进行场上目标的识别和自身定位，ARM上运行Linux操作系统，完成路径规划，步态控制以及通讯等功能，充分结合了DSP的实时信号处理能力和ARM在系统控削方面的特性，合理分配任务，满足系统实时性要求。详细介绍了系统的硬件设计和软件设计。研究表明，该控制系统具有好的控制效果，有着广阔的应用前景。     

不平整地面仿人机器人行走控制策略

针对仿人机器人行走于不平整地面会失稳倾倒的现象,提出基于Kane碰撞原理的在线调节控制算法。该调节算法可以实现快速的动力学解算,估算出仿人机器人遇到障碍时地面对腿部的冲击力大小,据此调节仿人机器人的腿部及躯干姿态参数,使机器人成功稳定行走过凸起或凹陷障碍。采用Matlab的Simulink工具,仿真验证了5杆仿人机器人模型基于Kane在线调节控制算法平稳行走过障碍的过程。     

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.

     

大型17R“加藤一郎”机器人仿人行走控制研究

针对大型17R"加藤一郎"结构双足机器人仿人行走控制问题,从仿人机器人的机械结构、控制系统、步态仿真、动力学参数等方面对机器人的影响进行了研究,采用仿生学原理,参考了人体上、下半身比例特点,对机器人的机械结构进行了设计;对机器人控制系统进行了设计,提出了一种基于DSP+FPGA的主控系统,将多CPU协同工作、分布式远程控制技术应用到仿人机器人行走控制中;利用人类行走过程中各关节的转动参数为输入的控制方法,在ADAMS上进行了步态行走试验,分析了动力学参数对机器人步态的影响。研究结果表明,以人类行走方式控制机器人步态行走,机器人行走步态稳定可行,可应用于大型双足步行机器人步态行走控制。     

基于能耗指标的拟人机器人步态优化与分析

通过引入基于平均功率、平均功率偏差、平均力矩损耗三个能耗指标对拟人机器人步态进行了优化与分析.基于拉格朗日方程推导了各个关节驱动力矩的计算公式,建立了拟人机器人步态优化的数学模型.使用Matlab作为优化与仿真工具,得到了一組拟人机器人步态参数最优解,分析了拟人机器人各个步态参数与拟人机器人能量消耗之间的关系.并给出了拟人机器人步态优化与分析的数值实例.