两足步行机器人并联腿机构的步态及轨迹规划的研究

根据并联机器人的特点,采用仿生和人造步态相结合的方法,对两足步行并联机器人步态及轨迹规划进行了研究.给出了机器人的步态周期、步相和子步相,并根据步态规划计算出机器人脚底和脚中心的运动轨迹.实现了机器人连续、平稳地步行运动.     

两足步行机器人并联腿机构的步态及轨迹规划的研究

根据并联机器人的特点,采用仿生和人造步态相结合的方法,对两足步行并联机器人步态及轨迹规划进行了研究.给出了机器人的步态周期、步相和子步相,并根据步态规划计算出机器人脚底和脚中心的运动轨迹.实现了机器人连续、平稳地步行运动.     

双足步行机器人步态规划方法研究

利用三步规划法对HIT-ROBOCEAN机器人行走步态进行离线规划,使其实现稳定步行.首先通过对人类行走步态的研究,结合双足机器人的实际结构,规划机器人行走时的基本姿态及重心轨迹;再建立机器人运动学模型,根据规划的行走姿态及轨迹建立运动学方程,求解方程得到机器人各关节的运动轨迹;最后,针对前向运动与侧向运动之间的耦合,对得到的运动轨迹进行修正,使机器人行走更加流畅,并通过实验验证了这种步态规划方法的可行性.     

一种双足机器人步态规划和运动仿真的研究

通过对人类行走步态的研究,结合双足机器人实际结构,规划机器人行走时的基本姿态及重心轨迹,建立运动学模型,根据规划的行走姿态及轨迹建立运动学方程。应用三维建模软件UG建立双足机器人的简化模型,导入仿真软件ADAMS中生成虚拟样机模型,并通过在Matlab中得到机器人行走的关节运动轨迹对虚拟样机模型进行控制,经仿真后,利用该虚拟样机模型对机器人行走步态进行运动学及动力学分析。应用虚拟样机方法,验证了步态规划的有效性。     

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。     

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。     

三肢体机器人行走步态规划研究

针对一种新型采用三腿机构形式的永磁吸附肢体机器人,其所具有的蠕动、翻转以及交叉三种行走步态可分别用于不同的工作场景。对机器人的三种运动步态进行了运动规划研究,为了降低机器人行走步态规划的复杂性,采用"合二为一"的策略,将机器人动作一致的两侧肢体作为一个肢体来规划,得到了具体的机器人运动规划算法。在此基础上,采用MATLAB软件进行了机器人行走步态运动仿真,仿真结果表明,机器人在采用三种步态行走时,各运动关节具有很好的运动连续性和平稳性,为后续运动控制系统的设计奠定了基础。     

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。     

基于增强学习的六足机器人自由步态规划

为解决六足机器人步态规划问题,实现特定地形上机器人自由步态的优化学习,基于机器人单足步距的离散化处理,融合CPG模型的时间节拍原理与反射模型的空间规则约束机制,构建六足机器人离散化步态模型。通过机器人稳定性分析与步态规划策略研究,将复杂的步态规划问题转化为以振荡周期为时间间隔的位置状态间的排序问题,从新的视角提出了一种六足机器人自由步态规划的基本框架与方法。在此基础上,模仿生物步态的学习行为,基于步态序列的离散化处理,构建了基于增强学习的步态模型,并以机器人平均稳定裕量为优化目标,通过制定步态离散单元间动态转换概率的调整策略,提出了基于增强学习的自由步态规划方法。样机试验显示,自由步态规划方法与基于增强学习的自由步态规划方法均可规划出相对符合生物步态行为特征的稳定自由步态,且后者可利用步态历史信息实现特定地形上自由步态的优化学习。     

四足机器人在直行和转弯下的步态规划研究

针对四足机器人的直行和转弯运动,以爬行步态为基础,分别对其进行了步态规划.提出了协调旋转步态的概念并用于原地转弯中;找出直行步态与原地转弯步态的足端轨迹公共点,通过该点实现了步态的快速迁移并用于四足机器人的弯道转弯运动中;根据对四足机器人的结构设计,建立了四足机器人的虚拟样机;提出了一种新的评价准则——角度余量准则(SA准则),对规划的步态进行稳定性评价,从而找出最优步态.搭建实验平台进行了实验,结果显示,针对直行和转弯的步态规划合理、可行.     

基于反馈控制的仿人机器人步态规划

为了解决仿人机器人离线步态规划中机器人难以跟踪期望步态的问题,建立了仿人机器人的简化三连杆模型,并运用拉格朗日力学对模型进行了动力学分析,包括机器人单腿支撑期和双腿支撑期以及整体步行模型,在此基础上,提出将混杂系统的输出作为机器人的规划步态函数,设计了反馈控制器来实时调整机器人的实际步态。仿真结果表明,所设计的反馈控制器能够很好地调整机器人步态。     

轮腿式机器人步态生成的拓扑矩阵方法

为实现机器人在核电救灾等非结构化环境中的步态规划和自适应行走,以六足轮腿式机器人为研究对象提出基于当前地形的机器人自适应在线生成步态的规划策略,通过全局地形环境中机器人对前进方向局部地形的实时识别,确定其基本地形类型,产生相应的基本步态,动态生成机器人的步态序列。定义机器人触地状态及其列矢量表达,给出机器人步态因子的分类及其拓扑矩阵;定义基本地形及相应的基本步态,给出基本步态的拓扑矩阵;在此基础上,提出基于地形识别的步态拓扑规划策略和步态拓扑矩阵生成流程,通过矩阵递推算法实现机器人步态拓扑的动态生成。     

Tripod gait-based turning gait of a six-legged walking robot

The turning gait planning and improvement methods of a six-legged walking robot on the basis of tripod gait are presented in this study. A projection method that considers an unstructured environment is proposed for the turning gait planning of the six-legged walking robot. The body and foot motion trajectories of the swing legs are planned with polynomial curves to keep the robot steady while walking. Two basic turning gaits, namely, circling and spinning gaits, are successfully designed with the planning method. An optimized method is proposed to improve the turning angle, which is subjected to stability, kinematics, and relief amplitude constraints in the unstructured environment. The turning ability of the turning gait is improved with the optimized turning angle. The circling and spinning gaits are implemented in simulations and experiments. Results demonstrate that the planning and improvement methods for the turning gait are valid and correct.

     

中枢模式发生器与足端轨迹的非线性映射

控制的仿生性和行走的稳定性是四足机器人步态研究中重要的两个方面。 为了提高四足机器人运动的稳定性,本文通 过 Hopf 振荡器搭建了 CPG 模型,分别实现了多种步态及步态之间的转换。 比较了基于 CPG 的步态控制方法和轨迹规划的步 态规划方法在行走上的优劣性。 为了同时利用 CPG 控制和轨迹规划的优点,提出采用神经网络将 CPG 控制曲线与足端轨迹 逆运动学获得的驱动曲线进行非线性映射,使得四足机器人在控制上具备仿生特性,在足端接触上具备零冲击特性。 仿真和实 验结果表明,采用 CPG 的步态生成方法和轨迹规划方法四足机器人的行走速度理论行走速度 80 mm/ s 相近,但采用 CPG 的步 态生成方法四足机器人侧向位移在±10 mm 以内且俯仰角在±1. 5°之间,而采用轨迹规划的控制方法四足机器人侧向位移在 ±35 mm 以内且俯仰角在±4°之间,可见两种控制方式对侧向偏移和俯仰运动的表现不一致。 通过实验测量可知,机器人采用 walk 步态行走速度为 18. 57 mm/ s,与理论行走速度 20 mm/ s 接近,步态转换后以 trot 步态行走,行走速度为 76. 15 mm/ s,与理 论行走速度 80 mm/ s 接近,少许误差可能是装配和行走过程打滑导致的。 测量其侧向偏移程度可知,其侧向的偏移量左侧在 15 mm 内,右侧在 25 mm 内,其侧向偏移量均在合适的范围内,证明所提算法的有效性。     

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。     

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.     

液压四足机器人单腿竖直跳跃步态规划

针对机器人跳跃运动落地时冲击力大的问题,面向竖直跳跃运动,以液压四足机器人单腿为研究对象,建立液压驱动四足机器人单腿运动学模型,并分别对机器人单腿处于起跳相、落地相和腾空相时进行轨迹规划;根据关节参数,通过运动学逆解求得驱动函数,利用仿真软件ADAMS进行竖直跳跃步态仿真;搭建单腿实验平台,进行实验验证,依据得到的动态特性,分析步态规划的准确性及合理性,为后续液压四足机器人动步态的研究提供设计和控制依据。     

步行康复机器人轨迹控制方法研究

为了满足神经受损患者步行康复训练需要,设计了以外骨骼助行腿为核心的步行康复机器人,其重要的要求是保证机器人的运动轨迹符合患者康复训练要求。为使机器人能模拟步态为患者提供康复训练,在合理的步态规划后对轨迹的控制方法进行了研究,在控制系统软、硬件平台上完成了步行康复机器人助行腿的两种轨迹控制方式(位置控制和速度控制)。通过实验验证了控制方式的可行性,满足了患者步态训练需要。同时实验结果表明,速度控制方式比位置控制方式更加适合步行康复机器人。     

两足步行椅机器人步行参数对稳定性的影响分析

两足步行椅机器人是一种替代轮椅或假肢、为残疾人服务的助残机器人。这类机器人在复杂的使用条件下,各种参数对步态规划及其稳定性的影响分析研究具有重要意义。本文首先根据与步态规划密切相关的机械结构特点、自由度以及关节配置等建立了步行椅机器人的简化模型以及步态规划的算法,然后基于ZMP理论和稳定裕度的概念,确立了主要步行参数与稳定性之间的关系,提出了动态步行的稳定性判据,分析了步态规划中步行参数对于稳定性的影响,并给出了在不考虑参数间耦合影响的前提下步态规划中参数选择的合理范围。