四足机器人节律柔顺行走控制

针对节律运动突变碰撞力大和柔顺性低的问题,改进基于Hopf振荡器的中枢模式发生器模型,提出一种节律柔顺行走控制方法。分析Hopf振荡器输出信号与关节运动之间的关系,整合膝关节变量,改变神经元之间的作用关系,实现对称步态和非对称步态行走;分析节律运动碰撞力突变对四足机器人行走产生的负面影响,提出基于碰撞力大小和四足机器人身体姿态的柔顺性评估方法;通过连续调整碰撞阶段大腿的摆动幅度,增大摆动周期,减小碰撞阶段的关节运动速度,形成机器人本体与地面之间的缓冲,实现节律柔顺行走。四足机器人慢走步态和对角小跑步态仿真实验验证了该控制方法的有效性。     

四足机器人躯干重心稳定的变步长行走研究

在机器人稳定性控制优化问题的研究中,四足机器人行走过程中躯干重心位置的波动是运动不平稳的一个重要原因,也会带来机器人的低能效比和机械寿命缩短等问题.为了解决上述问题,研究了四足机器人行走过程中保持重心稳定的方法,提出重心无波动关节运动规划方法.从静止加速到指定速度的过程,速度的增加按S型曲线变化,保证重心的平稳加速;在恒速行走过程中,以躯干重心位置变化的加速度为零、足端在起脚和落脚位置的冲击为零作为约束条件,计算出四足机器人各关节的运动函数,保证了行走过程的重心平稳.机器人行走的步长在行走过程中动态计算,计算依据是保证整个行走过程中重心在水平面的投影始终在机器人支撑脚所在多边形范围之内,可进一步减小重心在垂向的波动.对所提方法进行了计算机仿真,运动规划及关节驱动函数在Matlab中实时解算,运动过程的程序控制采用Matlab的状态机技术,四足机器人行走的动力学过程用Adams实时计算.仿真过程中四足机器人行走平稳,实际重心曲线在横向和垂向的偏移波动极小,表明提方法对于重心的控制是有效的,为机器人稳定行走设计提供了依据.     

一种多足步行机器人行走状态分析模型

结合步行机器人行走的动力学特性,通过对机器人的加速度传感器信息进行离散傅立叶变换,建立了行走相关特征值的概率模型.通过使用马氏距离作为判定标准,对步行机器人的行走稳定性给出定量描述.四足步行机器人平台上的实验结果表明,该模型能够实时反映机器人的行走特性,帮助机器人在行走状态受环境影响发生改变时,根据行走特征及时调整运动,保证其稳定性.     

基于遗传算法的四足机器人行走步态规划

因RoboCup四腿组比赛所采用机器人的关节刚度较低，采用固定形状行走轨迹的步态规划方法所产生的实际步态和规划步态偏差较大。这种偏差限制了机器人行走速度的提高。为了提高机器人的行走速度，在原有步态规划方法的基础上，引入200组坐标描述任意形状的机器人行走轨迹，并用改进的遗传算法寻找最适合机器人行走的轨迹形状。实验结果表明：改进的行走轨迹规划方法经学习后的实际步态更有利于机器人的行走，在行走更加平稳的同时可使机器人获得更快速的行走效果。     

足式水上行走机器人智能控制方法设计

以蛇怪蜥蜴为仿生对象,设计了一种足式水上行走机器人.鉴于水面环境的复杂性,提出利用计算机仿真的方法构建足式水上行走机器人及其外界环境整个系统的数学模型.分析了现有的ZMP(zero moment point)算法难以适用足式水上行走机器人控制的原因,提出机器人的CPG(central pattern generator)模糊控制方法.设计了足式水上行走机器人的CPG控制器和模糊控制器,进行参数分析,完成了机器人整个控制系统的搭建,并进行了仿真验证.最后进行了机器人户外水上行走实验,测定了水上行走过程中的实时偏角.实验结果表明该控制方法有效.     

行走的智能:四足仿生移动机器人

随着技术的进步,以及人们对智能型移动服务机器人的要求越来越高,兼具高速度、高机动和高适应性的四足机器人正在成为全球研究热点,并成为智能移动服务型机器人的重要组成部分。介绍了四足机器人的国内外现状,回顾了我国自主研发的"奔跑号"四足机器人的研究历程,并对四足机器人的未来发展趋势进行了展望。     

一种多模型融合的仿猎豹四足机器人复杂运动控制方法

针对具有2自由度主动脊柱关节的仿猎豹四足机器人,基于任务分解思想和生物神经系统机理,提出多模型融合的控制方法。该方法以弹簧负载倒立摆模型实现单腿跳跃控制,通过中枢模式发生器（CPG）实现4条腿之间以及脊柱―腿之间的协调控制,利用虚拟模型控制实现机器人与环境交互,采用基于CPG输出的有限状态机来融合3个控制模型,构建仿猎豹四足机器人的多模型分层运动控制器。参考猎豹脊柱运动特征,设计了机器人脊柱关节运动模式,给出脊柱与腿的协调控制策略。最后,在Webots仿真环境中搭建了仿猎豹四足机器人虚拟样机,实现了不同步态下的脊柱―腿的协调控制、在崎岖地形上稳定奔跑,以及平滑的对角―疾驰―对角步态转换,仿真结果验证了所提出的多模型融合的四足机器人运动控制方法的有效性。     

四足机器人静步态直线行走规划研究

为使四足机器人以静态步行方式实现稳定直线行走.基于仿生学,利用SolidWorks环境下所构建的虚拟模趔,使用三角函数法对机器人的步行参数进行了规划和设计,并在ADAMS中对所规划的步行方式进行了仿真和检验.进而针对仿真中机器人出现横向偏移的现象,对影响机器人稳定直线行走的原因进行了分析,提出了支撑足零差速规划方法,并在进一步的仿真中证明了方法能有效减小横向偏移量,实现机器人的稳定直线行走.研究结果以及所用的仿真方法对四足机器人的步态设计具有一定的借鉴意义.     

四足机器人对角小跑步态非线性控制方法仿真

针对现有的四足机器人对角小跑步态控制方法存在的机器人运动速度较慢、灵活性较差等问题,提出了一种基于虚拟模型的四足机器人对角小跑步态非线性控制方法。方法需要构建一个四足机器人模型,并在该模型的工作范围内建立一个平面直角坐标系,在不考虑机器人足端车轮滑动的情况下,将驱动四足机器人的运动方程转换成矩阵的形式,寻找有界输入平动线速度和转动角速度,使矩阵在其控制下产生的误差可以在大范围内保持稳定。求解该四足机器人在工作平面坐标系中姿态误差的微分方程,构造该微分方程的Lyapunov函数并对其求导,根据求导结果设计一个四足机器人驱动控制器,通过该驱动控制器实现对四足机器人的对角小跑步态非线性控制。仿真结果表明,所提方法能够在快速、灵活的情况下实现对四足机器人对角小跑步态的非线性控制,且鲁棒性较高,能够满足用户需求。     

基于形状记忆合金的四足步行机器人

利用形状记忆合金（Shape Memory Alloys,简称SMA）作为驱动元件，设计制作四足步行机器人，其动作靠电流的通，断来控制，本文介绍了这种机器人的具体的设计和制作方案，包括该机器人的运动原理，设计要点，结构组成和控制方式，并且对样机的相关参数作了评价。     

带主动腰关节的四足机器人平稳运动控制

针对四足机器人在对角小跑运动时出现的后腿“拖地”、机体振荡的现象,提出了一种基于偏航方向上主动腰关节摆动的解决方法。通过D-H法对机器人各关节进行运动学建模,获得其运动学方程,并采用Kuramoto振荡器模型作为扩展的CPG耦合网络振子,实现对腰、腿关节的统一控制。仿真实验表明,经过腰关节控制优化后的机器人在对角小跑时,相对于刚体躯干的机器人,姿态角变化幅度显著减小,抬腿高度明显增加,有效地提高了机器人的运动稳定性,证明了方法的可行性。     

一种基于神经网络感知器的双足行走机器人稳定性控制方法

本文利用神经网络感知器和安装在机器人脚底的力传感器，测知机器人重心的位置，控制机器人重心在双脚的支撑面内，以使机器人稳定。本文提出的双足行走机器人稳定性控制方案是简单易行的。     

微机三维动画技术在四足机器人步行研究中的应用

图形能快速有效地传递信息;三维图形能形象直观地传递信息;而三维动画测能以最佳的方式传递信息.3D Studio是一个集造型与动画制作为一体的集成化软件.借助3DS,用户可以制作出复杂的三维模型,把现成的材料或用户现场制作的材料敷贴到三维物体表面,根据需要随意布置和调整灯光,在理想的位置角度架设相机,生成照片一样逼真的静态图像,用户     

一种持续规划系统在四足机器人足球中的应用

四足机器人足球赛是一个典型的动态不确定环境。论文以四足机器人足球为背景和平台,对一种新的持续规划系统POMDPRS进行了分析和改进,并将改进后的系统应用到实际的比赛中。改进后的系统减小了时间消耗,与传统的反应式系统相比,对环境的动态不确定性表现出更好的适应性。     

一种仿婴儿欠自由度四足爬行机器人

受婴儿爬行时独特的躯体形态的启发,设计了具有柔性脊柱和弹性膝关节的欠自由度四足爬行机器人BabyBot,其脊柱为变截面通体柔顺结构,膝关节为无自由度可变形被动关节.利用伪刚体法对柔性脊柱和弹性膝关节的结构参数进行设计,采用中枢模式发生器(CPG)运动控制模型生成对角爬行步态轨迹,柔顺机构与仿生控制有机结合形成了BabyBot机器人"以膝着地、腰髋耦合"的仿婴儿爬行步态.对欠自由度仿婴儿机器人的机构可行性,以及柔性脊柱对机器人运动性能的影响进行仿真及实验,结果表明,具有弹性膝关节的欠自由度四足机器人可以实现平稳的爬行运动,变截面柔性脊柱能够减小机器人行走时躯干在横滚及偏转方向的姿态波动程度,提高了机器人运动的协调性和轨迹准确性,并揭示出婴儿爬行时脊柱的柔顺运动对稳定视觉的潜在作用.     

沟壑类非连续地形下的四足机器人运动控制

针对四足机器人踏入野外沟攀或踏上非结构化下行台阶时出现的姿态失稳问题,提出模仿生物神经反射机理的抗垂直惯性力平衡控制方法,即通过检测躯干的俯仰角突变信息,触发姿态反射,通过四条腿协调运动快速调整机器人姿态,抵抗惯性力造成的瞬时失稳.本文利用一个8自由度的四足仿生机器人设计了对比实验:机器人可成功跨越1.2倍跨距的沟壑并...     

一种粗糙地形下四足仿生机器人的柔顺步态生成方法

传统以刚体动力学为基础的四足机器人运动控制方法对地形误差敏感,无法适应粗糙复杂地形,因此提出一种基于虚拟模型的运动控制方法用于实现四足机器人在粗糙地形下的行走.建立了以足底接触力为约束的高层步行任务和底层运动控制的映射关系.采用弹簧-阻尼-质量虚拟模型对四足机器人进行建模,将四足机器人的步行任务用一系列作用于机体质心的虚拟力去表征,基于各足等效力矩平衡的原则,将笛卡儿空间的虚拟力矢量分配到各支撑足,利用雅可比矩阵把足端力矢量转换为机器人关节空间的关节转矩.针对崎岖的空间3维粗糙地形,建立了机器人躯干姿态与地形的关联参数,通过调整躯干姿态有效扩大了机器人对粗糙地形的适应程度.运动仿真结果表明,机器人可以实现粗糙地形下稳定连续的行走,足底接触力平稳、无冲击,证明了该柔顺步态生成方法的合理性和有效性.     

四足步行机器人模糊神经网络控制

本文以模糊控制与神经网络应用于四足步行机器人的力与位置混合控制系统为目的，针对ＪＴＵＷＭ－ＩＩ四足步行机器人，进行了有关神经网络、模糊控制的理论研究和实验     

四足仿生机器人单腿系统

为实现四足仿生机器人动步态行走,设计一款基于液压驱动方式的机器人仿生单腿系统.首先,在四足哺乳动物肌肉-骨骼结构分析的基础上,确定了机器人单腿的自由度配置;其次,通过机器人在平坦路面上的行走运动仿真,获得关节输出特性;随后,在仿真研究的基础上,完成了关节驱动机构设计、液压驱动器选型、4自由度单腿设计以及控制系统设计;最后,搭建单腿子系统性能测试平台,并完成了单腿纵向弹跳实验.弹跳实验验证了机械结构和控制系统设计的正确性和相关控制算法的有效性.     

液压四足机器人的实时分散解耦控制

针对液压驱动四足机器人单腿协调性难以保证的问题,开发了一种实时分散解耦控制系统:基于PC-Based控制系统架构,在RTX环境下模块化了实时控制子任务,并对多任务的处理进行了实时调度,搭建出了机器人的实时分散控制系统框架;针对单腿系统设计了基于PID神经元网络的广义解耦控制算法,并将其嵌入到整体程序框架中,实现了多腿联动的分散解耦控制;物理样机实验表明开发的控制系统能够满足分散解耦控制算法的实时性要求,提高了四足机器人运动的协调性,进而保证其连续稳定地行走,具有一定的独创性与实用价值。