双足机器人蹲式行走步态的设计与研究

双足机器人具有结构复杂、系统耦合度高的特征,步态行走易受外部环境干扰。为有效提高双足机器人的行走稳定性,设计了一种蹲式行走步态。根据结构特点进行自由度配置,并完成运动学模型的建立。文章阐述了双足机器人蹲式行走步态的过程,对其质心及关键关节进行轨迹规划,并搭建了双足机器人实验平台。实验结果表明：在蹲式步行过程中,运动轨迹偏差小于0.5 cm,有利于保证行走时的稳定性。     

仿生双足机器人步态规划研究现状及展望

合理的步态是双足机器人实现连续步行运动的基础,研究仿生双足步行机器人的步态设计规划具有重大价值和意义。现从基于目标优化的步态规划、基于模型的步态规划和基于人体步行运动数据的步态规划三个方面简述了仿生双足机器人步态规划的研究现状,并展望了仿生双足机器人步态规划的发展方向。     

基于变长倒立摆模型的双足机器人爬楼梯步态规划

能在复杂环境中持续稳定地行走是双足机器人的一个重要性能,比如平地、楼梯.针对双足机器人爬楼梯的步态规划问题,提出了一种运用变长倒立摆模型来实现双足机器人爬楼梯步态规划的方法,并运用虚拟样机进行动态步行仿真.仿真结果表明,运用该步态规划方法可以得到可行的机器人爬楼梯轨迹.     

基于ADAMS的双足机器人运动学建模及仿真

由于对环境良好的适应性,双足机器人在各领域具有广泛的应用前景,步态规划是其研究重点之一.基于虚拟样机技术,根据双足机器人的行走步态,用D-H齐次坐标变换法建立双足机器人的运动学模型.设定髋部及踝部的运动轨迹,建立逆运动学方程,在MATLAB中求出前向和侧向各关节的运动参数.将求得的参数导入ADAMS中,作为虚拟样机模型的驱动,实现了机器人的静态稳定行走.仿真结果与规划的步态基本一致,验证了运动学模型的正确性,为双足机器人的结构设计和步态规划提供了理论依据.     

教学型双足步行机器人转向步态规划方法的研究

双足机器人的步态规划包括直线行走和转向两个部分。在直线行走中,髋关节偏转的自由度被限制,而在转向过程中,最终的转向则必须通过髋关节的偏转才能实现。针对双足机器人转向时的步态规划问题,利用关节转向角进行多项式插值的方法,对机器人转向时的步态进行了规划。通过MATLAB和ADAMS建立虚拟样机,对步态规划结果进行仿真,仿真结果验证了步态规划的正确性。     

双足机器人步态规划方法研究

主要研究基于髋关节高度和姿态补偿的双足机器人拟人化步态规划方法,建立了机器人的前向和侧向运动学模型,分析了步行过程中机器人在关键时刻的位姿,并通过三次样条插值方法对双足机器人进行完整的步态规划,得到机器人各关节平滑的运动轨迹,验证了该方法是可行的。最后,与传统的步态规划方法进行对比,得到的仿真结果表明使用该步态生成方法对机器人性能有较大提升。     

仿生直立双足机器人的稳定性控制算法

仿生直立双足机器人共有7个旋转自由度,对其稳定性控制是保证双足机器人稳定行走和姿态变换的关键。传统方法中对仿生直立双足机器人的稳定性控制采用二自由度超外差控制方法,对直立双足机器人抓握和操控的运动规划效果不好。提出一种基于末端效应逆运动学分解的仿生直立双足机器人的稳定性控制算法,构建了仿生直立双足机器人运动学结构模型,采用末端效应逆运动学分解方法对机器人的运动学模型进行七自由度重构,在重构的运动学状态空间中实现仿生直立双足机器人稳定性控制,实现控制算法改进。仿真结果表明,采用该算法进行机器人稳定性控制,机器人行走过程中各个机构部件具有稳定运动学参量的输出,仿生双足机器人的控制机构参数仿真结果与理论值在一定的波动范围内相符,保证了机器人在行走和各种行为动作实施过程的姿态稳定性。     

双足机器人步态规划与运动学仿真研究

针对双足机器人数学描述复杂、机器人运动学分析较为困难的问题,建立了机器人的运动学模型,提出了一种基于ZMP判据的两步步态规划方法,对机器人的前向运动进行了步态规划,采用工程上广泛应用的三次样条插值的方法得到机器人关节的运动轨迹.利用Matlab软件中的Sim Mechanics工具箱建立机器人仿真模型,仿真结果验证了步态规划的可行性,为机器人样机的研制提供理论依据.     

双足溜冰机器人运动原理与运动学分析

利用轮滑原理，研制出双足腿轮式溜冰机器人。针对机器人自由度较多，不存在固定基座，常规的方法不宜进行其运动学分析的困难，引入右脚等效滚轮相对于参考坐标系的坐标转换矩阵，建立了双足溜冰机器人统一的运动学模型，推导了机器人正逆运动学公式。通过步态规划仿真实验，验证了运动学模型及其推导公式的正确性。     

液压驱动双足机器人步态规划及动力学仿真

为实现双足机器人步行运动,提出了一种双足机器人平地行走步态规划算法并对其进行动力学仿真验证。首先利用二维倒立摆模型以及五次多项式分别对机器人质心、踝关节运动轨迹进行规划,再通过建立机器人运动状态几何模型,对运动过程中机器人腿部关节运动轨迹进行规划,得到关节角运动轨迹,借助MATLAB仿真获取机器人下肢各个关节运动曲线。然后利用动力学仿真软件Adams对虚拟样机进行仿真,实现了机器人虚拟环境下的平地稳态行走,仿真验证了步态规划算法的可行性。     

小型双足机器人拟人步态建模与行走仿真研究

步态仿真是双足机器人设计技术的重要环节之一.针对现有步态仿真存在二维仿真不够直观、三维联合仿真会带来链接失败和数据转换丢失等问题,从简化仿真流程和增强仿真视觉效果出发,提出了仅运用三维软件UGNX完成一种小型双足机器人步态的三维仿真.参照该物理样机构型,首先建立了双足行走机构的运动学模型.通过对拟人步态的合理规划,将直行动作分解为10个子动作,以实现序列动作的连续仿真.由于机器人行走时无固定支撑点,通过对脚底板与虚拟环境间添加接触约束和摩擦力,建立了UGNX环境下虚拟样机,最终完成拟人步态的运动学仿真.仿真结果与现场实验对比表明,采用三维软件UGNX进行双足机器人步态建模与行走仿真研究具有较强的可行性.     

A feasibility study on the design and walking operation of a biped locomotor via dynamic simulation

A feasibility study on the mechanical design and walking operation of a Cassino biped locomotor is presented in this paper. The biped locomotor consists of two identical 3 degrees-of-freedom tripod leg mechanisms with a parallel manipulator architecture. Planning of the biped walking gait is performed by coordinating the motions of the two leg mechanisms and waist. A threedimensional model is elaborated in SolidWorks® environment in order to characterize a feasible mechanical design. Dynamic simulation is carried out in MSC.ADAMS® environment with the aims of characterizing and evaluating the dynamic walking performance of the proposed design. Simulation results show that the proposed biped locomotor with proper input motions of linear actuators performs practical and feasible walking on flat surfaces with limited actuation and reaction forces between its feet and the ground. A preliminary prototype of the biped locomotor is built for the purpose of evaluating the operation performance of the biped walking gait of the proposed locomotor.     

基于过程ZMP的双足步行机器椅步态规划

解决了多关节双足步行机器椅行走步态过程稳定性评价与其开环多连杆执行机构的多变量泛函问题.从构造多关节双足步行机器椅行走姿态和过程ZMP(Zero Moment Point,零力矩点)评价考虑,提出了基于优化方法的多关节双足步行机器椅行走步态的离散化模型和方法,实现了基于过程稳定性评价的双足步行机器椅的开环多连杆执行机构行走步态的合理规划.文中提出的离散化模型对求解开环连杆机构的多变量泛函规划问题具有重要的参考价值.     

Energetic walking gaits studied by a simple actuated inverted pendulum model

The mechanical structure and the joint torques configuration are the important parts in the biped robot design. Meanwhile, different walking speed and step length should be chosen to achieve efficient gait according to different need of walking environment. Therefore, this paper investigates the energetic walking gaits using a simple actuated inverted pendulum model. Joint torques and push-off impulse are both added in the model. The walking gaits with different joint torques configuration and with different combination of walking speeds and step lengths are analyzed. The results show that hip velocity direction is changed by the push-off impulse just before the heelstrike, which reduces the energy consumption of each step. The walking gait with minimal energy consumption is the walking pattern only with push-off, the energy cost of which is 1/4 of the walking pattern only with joint torque during the swing phase. The cost of transport (COT) and the push-off impulse of the walking gait is increasing with the increase of walking speed and step length. Using same value of push-off impulse, the walking with long step length and slow speed is more efficient. The paper can provide suggestions for designing advanced legged robot systems with high energy efficiency and various gaits. For example, the consideration of push-off mechanism can be used in the biped robots design.

     

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。     

双足溜冰机器人样机研制

依据人体轮滑运动基本动作的运动特点，分析双足从动轮式溜冰机器人（BISR）运动原理，研制出具有12个自由度的BISR样机。从模仿人体轮滑运动特点出发，探讨机器人实现“葫芦步”直线滑行的步态规划方法，并设计出机器人的控制系统。BISR样机成功实现“葫芦步”直线滑行，表明机器人样机设计合理，步态规划方法可行，溜冰运动可以成为两足机器人一种新的运动方式。     

基于MATLAB与ADAMS的双足步行机器人特性研究

以模块化类人机器人为研究对象,通过对其进行结构分析,建立数学模型,提出双足机器人的特性参数,设计稳定性函数和能耗函数。通过MATLAB与ADAMS相结合,计算出双足机器人在不同行走速度下和不同摩擦系数下的稳定性和能耗,采用单因素分析法对计算结果进行分析,得出双足步行机器人在不同工况下的稳定性和能耗变化。通过搭建双足步行机器人实验平台,测量双足步行机器人在不同工况下的能量消耗情况,与仿真计算结果进行对比分析,验证了稳定性函数和能耗函数的有效性,这可以作为改善和优化双足机器人结构和参数的依据。     

两足步行椅机器人及其稳定性计算研究

两足步行椅机器人是一种为残疾人设计,用来替代轮椅和假肢的助残机器人.本文介绍了两足步行椅机器人的整体机构设计,并以前向运动为例,详细讨论了利用ZMP理论进行步行稳定性计算的方法,最后通过计算机仿真验证了这一计算方法的有效性.     

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。