基于模糊规则的三肢体仿生机器人步态规划器

针对实验室研制的三肢体功能仿生机器人所欲实现的行走功能提出5种基本步态:高姿爬行步态、低姿爬行步态、交叉行走步态、翻转行走步态和两肢体行走步态,据此提出基于模糊规则的在线步态规划器.该步态规划器可以通过对上述5种基本步态的轨迹进行模糊修整,生成适合动态环境行走的演化步态,然后再自动回归到基本步态,实现基本步态和演化步态之间的转换,从而完成既定任务.机器人爬坡仿真实验表明了该步态规划器理论上的有效性.     

双足机器人动态上下楼梯的规划与控制

针对双足机器人上、下楼梯时的稳定行走问题,结合机器人动态上、下楼梯的约束条件,规划双足机器人动态上、下楼梯的步态,并提出了相应的稳定性控制策略。其中,机器人侧向平面采用保持机器人质心动态平衡的规划方法,通过调整躯干侧向最大偏移量,实现机器人侧向平面的稳定;机器人前进方向和重力方向采用三次多项式拟合的步态规划方法,通过传感器反馈的躯干姿态角及相应的角速度信息,结合楼梯台阶信息,调整机器人前进方向和重力方向质心的位置,保证机器人运动的稳定性。仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于地面反力的双足机器人期望步态轨迹规划

提出了一种基于地面反力的双足机器人期望步态轨迹规划方法。通过D Alembert定理推导出地面反力与机器人关节运动之间的数学关系。结合ZMP（零力矩点）稳定性原则和其他物理性约束条件,给出了双足机器人期望步态轨迹。受人类行走的启发,采用模糊策略来规划期望ZMP轨迹。该方案与传统的双足机器人步态轨迹生成方法比较,可实现稳定的行走,具有上体的运动范围小,适用于单、双脚支撑期等优点。双足机器人的实验说明了该方案的可行性和良好性能。     

基于能量规划的崎岖地面四足机器人平面跳跃控制

针对四足机器人传统奔跑控制方法中存在的俯仰角波动以及崎岖地形适应问题,提出了一种基于Trot具有前后脚同时支撑步态的崎岖地形跳跃控制方法。建立了步态支撑相平面运动模型,并通过虚拟模型控制,实现了躯干平面运动控制解耦。对虚拟模型中躯干的运动过程进行了能量规划,计算出纵向虚拟位置刚度,实现了跳跃周期控制;通过水平方向虚拟力的比例控制实现了机器人水平运动速度控制;采用大位置误差增益的PD控制方法实现了躯干姿态控制,保证了跳跃过程中躯干俯仰角的稳定。在虚拟物理仿真环境中建立了四足机器人的平面虚拟样机,对控制方法进行了仿真实验以及在假设条件不满足情况下的鲁棒性测试,仿真实验结果表明了该方法对跳跃控制的有效性。     

基于ZMP判据的仿人机器人步态模仿

仿人机器人行走稳定性研究是机器人领域一大研究热点,目前主要依据动力学模型规划稳定步态,但依靠步态规划形成的运动模式往往需要复杂的运算,并且机器人的运动形式单一.为实现机器人多样化步态的生成,在模仿学习的框架下对机器人的步态模仿问题展开研究,利用人体行走信息作为示教数据,实现仿人机器人对人体行走过程的模仿学习,在简化运动规划的同时使机器人的运动步态更具多样化与拟人化.为满足机器人在步态模仿过程中的稳定性,基于零力矩点(zero moment point,ZMP)判据补偿质心偏移,利用滞回曲线确定行走过程中支撑脚的切换以实现稳定性控制.基于NAO机器人的模仿学习系统仿真研究结果表明:ZMP判据的引入有效地保证了机器人对人体示教步态模仿的稳定性,基于滞回曲线的支撑脚选取保证了支撑脚切换的平稳.     

滚动优化和虚拟被动步行的双足机器人实时控制

针对步行双足机器人实时步态规划问题,提出了将滚动优化与虚拟被动步行相结合的实时控制策略.分析了虚拟重力条件下七连杆机器人机械能的变化特点,设计并确定了满足该变化特点的各关节输入转矩,通过优化调整各连杆虚拟倾角、期望速度和步态周期终点系统状态参数,使得摆脚落地后下一周期起始时刻机器人状态与期望值偏差最小.与单纯采用滚动优化的实时步态规划方法相比,该方法优化参数少,预测时域长度可变,保证了下一周期起始时刻机器人步态的合理性和最优性.仿真分析表明,该方法实现了包含足部转动的动态步行,地面环境不变条件下多周期运动起始点满足周期稳定性条件.     

下肢康复训练机器人步态规划及运动学仿真

为满足神经受损患者步行康复训练需要,设计了一种具有四自由度步态机构的下肢康复训练机器人,建立了步态机构正逆运动学解析模型;为使机器人能模拟不同步态为患者提供多种训练模式,根据步行运动特征,给出了以步长,步态周期及步态时相为参数的可调步态规划方法.通过基于Matlab＼Simulink＼SiMMechanics环境下的机构运动学仿真分析,验证了运动学模型的正确性以及步态规划的可行性,说明该四自由度步态训练机器人可以模拟正常人步行时的步态和脚踝运动姿态,满足患者步态训练需要.仿真结果还可用于步态机构的参数优化设计,并为后续人机控制系统研究提供必要数据和研究基础.     

气动柔性六足机器人定半径转弯实现方法与稳定性

针对气动柔性关节仿生六足机器人提出基于三角步态和重心轨迹跟踪法的定半径转弯步态规划方法。采用预设机器人步态转角和转弯半径逆向建立转动过程中机器人重心轨迹模型,获得机器人足部的落足点位置,并进行了机器人重心轨迹仿真,研究了重心规划轨迹与理想轨迹的偏离误差。根据静态稳定裕度模型建立了最大步态转角模型,并以此作为判据分析机器人定半径转弯步态规划的稳定性。利用三维运动捕捉系统进行了机器人定点和定半径转弯性能实验,获得了不同步态转角和转弯半径下机器人的转弯性能,验证了转弯步态规划方法的正确性。该机器人动作灵活,可实现任意半径转弯,当规划步态转角小于最大步态转角时机器人转弯过程行进平稳。     

移动机器人智能导航系统的研究与设计

智能导航系统能完成机器人自主路径规划、行为控制及执行多种任务.结合人类的经验及模糊控制理论对四轮移动机器人进行了智能导航的研究.机器人采用超声波探测的方法,用12个超声波传感器感知机器人前方180°范围内障碍物的距离和方向信息.利用模糊控制决策理论实现对机器人智能导航的控制,通过在机器人上的应用验证了该导航系统的可行性和有效性.     

基于杆组分析法的平面型串联机械手运动学逆解分析

利用PowerCube可重构机器人模块组装了一个可变异的平面型串联机械手.基于杆组分析法对该机器人进行逆运动学分析,并采用轨迹规划方法对机器人的步态进行了规划.MATLAB软件的仿真结果证明了运动学逆解的合理性,为机器人的步态轨迹控制提供了依据和算法支持.     

面向在轨测量任务的伴飞机器人三维仿真系统

为了避免空间伴飞机器人末端探测器与自身载体或者与待测航天器之间发生碰撞,在实际进行在轨测量之前,需要对其末端探测器轨迹规划方法进行充分的三维图形仿真.针对现有空间机器人地面仿真系统不能可视化的问题,设计了一种基于虚拟现实技术的三维仿真系统.首先,建立了基于Open Inventor的空间机器人三维实体几何模型,并构建反应空间机器人逻辑位置的三维仿真场景.然后,基于数据传输技术和构建的三维仿真场景建立了空间机器人可视化三维仿真系统.最后,建立空间机器人运动学模型并对空间机器人末端执行器跟踪的圆弧轨迹进行规划.仿真结果表明,利用该系统可直观得到空间机器人的运动过程以及空间机器人载体的运动特性,有利于空间机器人的轨迹规划和控制算法的仿真研究,可避免因不当轨迹规划而造成空间机器人发生碰撞.     

模糊空间中基于人工势场的移动机器人运动规划

为了研究移动机器人的运动规划方案,提出使用指数形式的人工势场函数描述环境中的目标和障碍物。针对人工势场方案可能出现的局部极小问题提出了逃逸方法。随后提出一种模糊隶属度函数用来表示动态变化的障碍物模型,建立模糊表示的环境空间模型,并在这种模糊空间的基础上构建模糊人工势场函数,提出了一种适合于动态环境的实时优化路径规划算法,有利于解决未知、动态变化的不确定环境中的机器人路径规划问题。仿真结果表明,本文中提出的建模和规划方法是可行的。     

基于模糊逻辑的机器人足球比赛策略

针对机器人足球比赛环境的动态性和不确定性,提出了一种基于模糊逻辑的决策方法．该方法不要求建立精确的数学模型,能够考虑多方面因素,决策效果好,将角色划分与运动规划结合在一起,运动规划效率高．分别讨论了进攻和防守情况下的角色划分及运动规划问题．实验表明该方法具有良好的决策效果．     

助行训练机器人骨盆位姿控制机构动力学研究

为了辅助病人完成行走训练,提出了一种助行训练机器人骨盆位姿控制机构.根据该机构的原理简图和各杆件的受力,利用牛顿定律分别建立了各杆件的动力学方程.基于联立约束法建立了骨盆位姿控制机构的动力学模型,并根据骨盆位姿的运动规划完成了动力学仿真分析,得到了机构的驱动力(矩)曲线和各杆件的加速度曲线.仿真结果表明,该骨盆位姿控制机构能够实现人体骨盆的位姿控制,动力学仿真可以方便地获得机构的运动参数.该研究为实现助行训练机器人的控制及性能改进提供了理论依据.     

基于三维空间曲线的四足机器人轨迹规划

四足机器人在对角小跑运动下的稳定性问题是当前四足机器人研究的热点,故分析了机体力矩对机体运动过程中稳定性的影响,提出一种新的足端轨迹函数。首先对机器人进行运动学分析,参照优宝特型四足机器人建立三维模型并搭建了仿真环境;然后分析机体力矩,得出机体翻转原因,即机体腿部摆动对机体产生的反作用力矩和重力产生的倾覆力矩以及运动中足端所受到的冲击力矩。在此基础上,通过利用机器人摆动腿侧摆关节运动提供一个力矩以平衡部分反作用力矩和倾覆力矩,提出了一种基于三维空间曲线的足端轨迹规划。最后,通过对比仿真实验验证了所提足端轨迹规划的有效性和正确性。     

基于插值思想的蛇形机器人运动规划

针对关节数较多的蛇形机器人在运动规划中较多参量不便推导的情况,以Serpenoid曲线为基础,提出在运动规划中用插值思想来设置有效的运动数据。设计了一种结构简单、成本较低,能够在二维和三维空间中较为灵活运动的16关节蛇形机器人,实验结果表明,蛇形机器人能实现翻滚、弓字形爬行、盘曲、抬头、俯扑等多种动作方式,证实了插值思想在运动规划中的方便性和有效性。     

基于Matlab的模块化机器人运动学仿真

针对六自由度模块化机器人,使用D-H法对机器人建立模型,进行运动学分析,完成机械臂精确控制和轨迹规划.通过Matlab软件构造仿真模型,实现机械臂实体模型的线条化表示,简化了机器人三维结构建模的过程.重点进行关节运动学机理分析,利用Matlab软件的矩阵运算能力强大的优点,对模块化机器人的正、逆运动学问题进行求解,以及对轨迹规划进行仿真,分析机器人运动规律,为机器人运动控制提供理论依据.     

基于运动发散分量的四足机器人步态规划

为了使四足机器人在出现较大的轨迹跟踪误差时仍然可以稳定运动,提出基于运动发散分量（DCM）的在线步态规划方法. 将四足机器人抽象成三维线性倒立摆模型（LIPM）,根据离线规划的落脚点,应用DCM方法论递推出保持DCM有界的参考轨迹;在满足步幅约束、零力矩点（ZMP）约束的条件下,步态规划运用宽松初始状态模型预测控制在线优化出可快速收敛到参考轨迹上的落脚点以及期望状态轨迹;全身运动控制器通过构建二次规划优化出满足运动约束、动力学约束、摩擦力约束等条件下跟踪期望状态轨迹的力矩. 通过仿真验证以上算法,仿真结果表明：与经典模型预测控制相比,宽松初始状态模型预测控制可以承受较大的轨迹跟踪误差,四足机器人可以在出现较大的轨迹跟踪误差时以troting步态稳定运动并尽快收敛到离线规划的轨迹上.