双足步行机器人的ZMP-CoP检测及研究

ZMP(零力矩点）和CoP(压力中心)是评价双足步行机构行走稳定性的重要参数．本文在研究了ZMP和CoP两者关系的基础上，根据THBIP-I仿人机器人基于ZMP理论的姿态调整要求和六维力/力矩传感器的安装位置，推导了适用于双足机器人的CoP计算公式，建立了采用六维力/力矩传感器的CoP检测系统．进行了THBIP-I仿人机器人行走过程的实际CoP检测实验，并对实验结果进行了讨论．实验证明了该系统的准确性.     

基于六维力/力矩传感器的拟人机器人实际

ZMP（Zero Moment Point）作为双足步行机器人动态稳定行走的判据,已应用于世界上很多 著名的步行机器人系统．目前国外步行机器人大多采用力/力矩传感器进行ZMP的实际检测计 算,但采用六维力/力矩传感器的却不多,而且其安装位置也各不相同．国内机器人还都处 于离线步态规划阶段,只进行了理论ZMP的计算,并没有进行实时检测． 本文根据清华大学985重点项目“拟人机器人技术及其系统研究”的研究要求,确定了基于 六维力/力矩传感系统的实际ZMP检测方案,确定了传感器安装的最佳位置,推导了单脚支撑 期,双脚支撑期的实际ZMP计算公式,提出了基于ZMP理论的姿态调整方法,以期在实际应用 中进行在线步态规划．     

基于ZMP的拟人机器人步态规划

拟人机器人具有广阔的应用前景,研制工作得到了各国的重视,近年来已取得巨大的 进展,但仍存在大量的理论和技术问题有待深入研究,基于零力矩点（ZMP）的轨迹规划是 需解决的关键技术之一．本文比较分析了一般的双足步行机与拟人机器人的步态规划特点和 基于双足步行的两步规划方法,提出了一种适用于拟人机器人步态规划的新方法——逆两步 规划法,仿真研究表明采用这种方法规划ZMP轨迹是可行的．     

基于六维力／力矩传感器的拟人机器人实际ZMP检测

ZMP（Zero Moment Point)作为双足双行机器人动态稳定行走的判据,已应用于世界上银多著名的步行机器人系统。目前国外步行机器人大多采用力／力矩传感器进行ZMP的实际检测计算,但采用六维力／力矩传感器的却不多,而且其安装位置也各不同,国内机器人还都还都处于离线步态规划阶段,只进行理论了ZMP的计算,并没有进行实时检测。本文根据清华大学985重点项目“拟人机器人技术及其系统研究”的研究要求,确定基于六维力／力矩传感系统的实际ZMP检测方案,确这了传感器安装的最佳位置,推导了单脚支撑期,双脚支撑期的实际ZMP计算公式提出了基于ZMP理论的姿态调整方法,以期在实际应用中进行在线步态规划。     

基于测力平台阵列的双足步行机器人实际零力矩点检测

提出一种多维力测力平台阵列系统,通过机器人行走过程中脚部与平台接触力的测量,并根据. vukobratovic关于ZMP的定义,得到机器人行走过程的ZMP实际轨迹信息,为双足步行机器人的稳态行走步态规划提 供参考依据.更进一步,该系统也可以用作双足步行机器人行走过程步态规划的实验平台.     

基于实时ZMP检测的类人足球机器人步态规划

为了保证类人机器人行走的稳定性,合理的步态规划和误差补偿是最为关键的两个方面。针对研究新一代的类人足球机器人AFU2008,在步态规划方面,根据ZMP(零力矩点)稳定性原理,首先用参考轨迹法进行关节轨迹规划,然后由运动学逆解出的关节转角值对机器人舵机进行实际控制;在误差补偿方面,采用对ZMP影响较大的上体运动进行误差补偿,并针对传统的上体补偿方法的局限性,提出了允许上体高度作匀速运动的改进方法。最后通过仿真和实际实验表明:相对于传统补偿方法,新方法能够更加明显减小机器人的ZMP误差,提高机器人ZMP的稳定裕度,使得类人机器人可以稳定快速的行走。     

基于最优化线性搜索的稳定步态规划方法

提出一种基于最优化线性搜索的方法规划人形机器人的步态.通过对脚踝关节末端轨迹运动的规划和参考零力矩点(ZMP:zero moment point)轨迹的规划,将最优化泛函极值问题转换成为基于非线性约束最优化的问题,将连续空间多变量规划问题转换成为离散空间二维变量规划问题,提出了一套能够在线规划步态的控制算法.该算法的收敛性和稳定性在仿真和实物上都得到了验证.     

基于ZMP误差校正的仿人机器人步行控制

步行环境不理想、外力扰动等因素导致仿人机器人步行时ZMP出现误差,从而影响机器人的步行稳定性.由于机器人的各关节角度都对ZMP有影响,若只校正支撑腿的踝关节或髋关节等单个关节角度,则难以达到理想的步行控制效果,因此,本文综合考虑各关节角度对ZMP的影响,先通过模糊控制器基于ZMP误差给出机器人的质心位置增量,再利用二次规划方法和质心的雅可比矩阵求解出满足该质心位置增量的各关节角度校正量.仿真实验表明,本文方法较好地跟踪了期望ZMP,提高了步行稳定裕度,使仿人机器人实现了稳定的步行.     

一种改进的机器人在线全身关节补偿

基于三维线性倒立摆模型和ZMP生成了双足机器人的步行模式;在实际的行走过程中,机器人实际的步态轨迹和期望的步态轨迹之间存在一定的误差;为了机器人稳定地行走,必须对机器人的步行模式进行在线修正;提出了一种基于爬山算法的机器人在线全身关节补偿;通过对机器人各关节的补偿,修正机器人的质心偏差,从而达到机器人步行模式的在线修正;最后,通过计算机仿真和实体机器人验证了改方案的可行性。     

基于CAN 总线的机器人脚力传感器的设计及其应用􀀂

ZMP控制理论已广泛应用于双足步行机器人的步态规划中,行走过程中的实际ZMP轨迹,是通过安装在脚部的两个多维脚力传感器获取的力/力矩信息计算得到.文章提出并设计了一种基于CAN总线接口的双足步行机器人集成化脚力传感器,给出了其硬件组成及软件设计,并详细论述了双足步行机器人行走过程中实际ZMP轨迹的计算方法.     

仿人机器人步态平衡泛化模型的建立与仿真

通过人体示教计算零力矩点(zero moment point, ZMP),并通过补偿关节角度对其矫正的方法可以解决机器人步行不稳定的问题,但仍存在算法复杂度过高等问题。本文提出一种人体示教与机器学习相结合的方法,基于支持向量回归算法建立机器人的步态平衡泛化模型,通过该模型可以实现对模型输入人体示教的关节角度和ZMP信息后直接得到经稳定性补偿的关节角度,并以此驱动机器人完成步行动作。引入鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm, WOA)优化模型的参数以使模型得到最优的泛化效果,完善步态平衡模型的性能。WEBOTS仿真平台下,使用模型输出的补偿后的关节角度驱动NAO机器人,其动作自然、稳定且算法复杂度较低,验证了本文方法的可行性。     

足球反作用力下仿人机器人姿态控制研究

本文以仿人机器人踢足球为例,以现实机器人为原型,利用Solidworks建立了仿人机器人的三维机械结构模型,利用ADAMS和Simulink联合仿真的方法,仿真得到了机器人踢足球的整个过程,利用ZMP理论实时求得机器人的重心轨迹,计算与理想轨迹的偏差,通过改变机器人姿态以减小偏差,实现了对机器人的闭环控制,提高了机器人在受外力作用下的稳定性,并进行了实物实验,验证了该方法的有效性。     

小型双足步行机器人的机构设计及其运动仿真

小型双足步行机器人具有多关节、多驱动器、多自由度的特点,本文以人体全身17个主要关节及其运动特性为研究对象,利用三维设计软件CATIA设计出小型双足步行机器人的全身机构,根据ZMP理论,以正常人行走的“X”形交叉动作为原则,规划出其各关节转角,在ADAMS下对其虚拟样机进行运动仿真,确保实现机器人的稳定步行和做舞蹈动作。     

基于遗传算法的双足步行机器人步行姿态控制策略

本文基于ZMP理论、位姿矩阵及遗传算法,在已经使用刚体数学建模的机器人上实现机器人步态控制。首先我们使用ZMP步态控制理论,对机器人的步态稳定性进行分析,采用了遗传算法对参数的选择,实现机器人的步态控制.     

仿人机器人稳定步行控制研究

介绍了仿人机器人运动控制研究现状,通过对步行机器人稳定性判据ZMP分析,提出通过控制踝关节转动角度来调节ZMP的位置,以保证机器人行走的稳定性．根据模糊控制理论,设计出步行机器人踝关节二维模糊控制系统及模糊控制器．仿真结果表明步行机器人能够通过控制踝侧向关节的相对转动调节ZMP点的位置,实现机器人的稳定步行．     

双足机器人自然ZMP轨迹生成方法研究

为了实现双足机器人类人行走,提出了一种基于自然ZMP轨迹的双足机器人步行模式生成方法。在单腿支撑相,根据基于三维线性倒立摆模型,在设定从脚跟到脚趾移动的自然ZMP轨迹后,得到质心轨迹方程;在双腿支撑相采用线性摆模型生成质心轨迹方程。同时给出了在统一坐标系中的多步规划质心轨迹方程。在RoboCup 3D仿真平台实现了采用自然ZMP轨迹的双足机器人类人稳定步行,实验和竞赛结果都验证了该方法的有效性。     

基于三质心模型的类人机器人射门算法

为了实现快速稳定的射门动作,提出了一种基于三质心模型的类人机器人射门轨迹规划方法。首先,根据三质心模型,得到包含游动腿轨迹和躯干轨迹的零力矩点(ZMP)方程, 采用三次贝塞尔曲线规划游动腿轨迹和ZMP轨迹,根据ZMP方程求解出类人机器人的躯干轨迹;其次,在双腿支撑相根据线性摆模型计算类人机器人的质心轨迹,实现射门姿态的快速调整;最后,在RoboCup 3D仿真平台中应用此算法实现了类人机器人的快速射门动作,并与其他球队的射门动作进行了对比。实验结果表明：应用该算法仅需手工调试即可快速实现稳定的射门动作,射门动作时间有很大减少,可增强机器人足球队的竞争力。     

基于解藕合成及ZMP方程的仿人机器人三维步态规划

介绍了一种仿人机器人的新型步态规划方法。将仿人机器人前向步态简化为七连杆模型,侧向步态简化为五连杆模型;然后在Z坐标相等的情况下合成三维步态;最后通过ZMP方程来检验和仿真,并结合实际系统及其运行状况进行分析,验证了所提出规划方法的有效性。     

两足步行椅机器人机械参数与步行稳定性关系研究

研究了两足步行椅机器人的机械参数对步行ZMP（Zero Moment Point）稳定裕度的影响．采用稳定的参数化步态，在步态不变的情况下，改变机器人各连杆的质量、转动惯量和质心位置，分析其对ZMP稳定裕度的影响．通过仿真实验得到以下结论：合理选择大腿、小腿和上身的机械参数可以显著增加步行ZMP稳定裕度，从而降低伺服控制的难度．