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.     

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。     

双足机器人的动力学分析与仿真

根据对双足行走机器人的结构和步行步态的分析,将其简化为七连杆机构,并建立了运动学和动力学方程,在设定的双足机器人行走步态条件下,计算出其运动过程中各关节的运动轨迹及所需扭矩,并对其步行时步态的稳定性和各个关节扭矩进行了分析和比较,揭示了双足机器人行走时各关节所需扭矩之间的配比关系。     

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。     

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。     

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。     

小型双足步行机器人的研制

针对小型双足步行机器人具有体积小、行走稳定性强等特点,文中首先根据人体功能学的要求设计了小型双足步行机器人本体结构,确定其尺寸与自由度配置。然后采用时间片分割和脉宽递增的方法,实现了17个舵机的独立控制以及舵机的多级速度控制。最后,针对所研制的小型仿人机器人结构特点,基于几何约束的规划方法,采用行走姿态的变时间间隔插值优化的步态规划法,实现了仿人机器人静态行走固化步态。     

基于遗传算法的欠驱动双足机器人步态优化设计

步态设计是双足机器人运动规划和动力学控制的关键问题。为了解决欠驱动双足机器人的步态设计问题,基于虚拟约束的思想,设计了3连杆欠驱动双足机器人的时不变参考步态,并以每步能耗为目标函数采用遗传算法对步态参数进行优化求解。基于有限时间反馈控制的动力学仿真表明,采用遗传算法得到的最优时不变参考步态,3连杆欠驱动双足机器人能够产生稳定周期行走,且具有较高的能量效率和较小的驱动力矩。建立的步态优化设计方法简单有效,可推广应用于其它类型的欠驱动双足机器人。     

七杆双足机器人行走系统动力学研究

针对双足步行机器人结构复杂性、系统非线性和动态步态难控制的问题,以七杆双足步行机器人为研究对象,建立七杆双足步行机器人动力学数学模型,模型描述出机器人在动态步行中从欠驱动相到完全驱动相的切换及步行中产生的冲击碰撞问题,体现了动态步行的非光滑动力学特性。借助仿真平台对研究对象各关节运动参数进行分析,结果反映出机器人模型在完整的周期步行过程能够稳定行走及发生碰撞时各运动参数的变化,验证了参数化模型的正确性。     

基于关键点约束的下肢外骨骼机器人步态规划

为提高下肢外骨骼机器人行走的稳定性和合理性,增加了足趾关节部位的自由度,并且考虑了辅助支撑工具拐杖在行走过程中的作用。步态规划过程中将步幅作为一个变量,确定几个关键点,利用MATLAB软件中的插值函数拟合出步态轨迹曲线,建立运动学模型并根据COG判据求解出重心的投影位置,计算出在一个步态周期过程中的最小稳定裕度。综合考虑步行速度和稳定裕度等因素选定最优的步幅。最后利用仿真软件ADAMS建立虚拟模型,将规划的步态轨迹函数作为驱动量输入模型进行仿真,测量出各个关节的旋转运动曲线,测量结果证明各关节曲线光滑柔顺,验证了步态规划函数的合理性,为后续控制系统设计奠定了基础。     

两足步行椅机器人的稳定性研究

文章针对两足步行椅机器人介绍了其步态规划中步行稳定性的计算方法。以前向运动为例,详细讨论了先进行姿态规划并计算出机器人各部分位姿,然后利用ZMP理论求出其步行的稳定裕度的方法,通过计算机仿真验证了这一计算方法的有效性。     

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。     

两足步行机器人并联腿机构的步态规划及仿真

应用虚拟样机技术,建立了两足步行机器人并联腿机构的仿真模型,并在仿真环境下对步行机器人的行走姿态进行了规划和仿真试验,为确定步行机器人腿机构的结构参数和参数优化提供了实验平台,为研究和开发新型两足步行机器人及其控制奠定了理论基础。     

两足机器人步态的参数化设计及优化

在建立两足机器人7杆动力学模型的基础上，对迈步腿质心进行抛物线运动规划以达到两足机器人在动态步行时侧向的自平衡。利用上身的前后摆动进行前向平面的动态补偿，然后，按动态补偿量最小的条件用遗传算法对机器人的步态进行了参数化优化设计，最后进行了动态仿真。     

一种双足机器人变结构控制的ZMP补偿优化方法

针对双足机器人系统,设计了一种变结构轨迹跟踪控制器。基于双足机器人系统ZMP(zero moment point)方程和实际ZMP信息,提出一种ZMP补偿优化方法,通过在线实时调整机器人躯体重心竖直方向上的位置来补偿回复稳定姿态所必需的力矩,最终产生修正的ZMP轨迹。12自由度的双足机器人动力学仿真验证了所提出优化方法的鲁棒性和适用性,而且机器人能在一定范围外力的干扰下回复稳定姿态步行。     

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。     

Biped walking robot based on a 2-UPU+2-UU parallel mechanism

Existing biped robots mainly fall into two categories： robots with left and right feet and robots with upper and lower feet. The load carrying capability of a biped robot is quite limited since the two feet of a walking robot supports the robot alternatively during walking. To improve the load carrying capability, a novel biped walking robot is proposed based on a 2-UPU＋2-UU parallel mechanism. The biped walking robot is composed of two identical platforms（feet） and four limbs, including two UPU（universal-prismatic-universal serial chain） limbs and two UU limbs. To enhance its terrain adaptability like articulated vehicles, the two feet of the biped walking robot are designed as two vehicles in detail. The conditions that the geometric parameters of the feet must satisfy are discussed. The degrees-of-freedom of the mechanism is analyzed by using screw theory. Gait analysis, kinematic analysis and stability analysis of the mechanism are carried out to verify the structural design parameters. The simulation results validate the feasibility of walking on rugged terrain. Experiments with a physical prototype show that the novel biped walking robot can walk stably on smooth terrain. Due to its unique feet design and high stiffness, the biped walking robot may adapt to rugged terrain and is suitable for load-carrying.     

四足并联腿步行机器人动力学

基于模块化和可重构理论,提出一种助老助残四足/两足可重构并联腿步行机器人。该机器人既可组合成两足步行机器人,亦可作为四足步行机器人使用。运用影响系数理论和虚功原理,对四足步行机器人静态步行时的摆动腿和机体机构进行动力学建模,导出摆动腿的动力学方程和机体机构超确定输入下的协调方程,按加权最小二乘法对四足并联腿步行机器人机体机构的动载进行最优协调分配,解决了机器人在行走过程中各分支运动约束而产生的动力耦合问题。     

基于ZMP点的两足机器人步态优化

采用身高、速度和步长等六个参数描述两足机器人动态步行 ,并进行了定量分析 ;然后利用面向对象思想完成牛顿 -欧拉算法的计算机实现 ,进而求出机器人动态行走时的 ZMP点 ;最后 ,以 ZMP点为目标函数用遗传算法对步态进行了优化 ,其结果证明算法的有效性。