基于弹簧-质量模型的仿袋鼠跳跃机器人步态稳定性研究

根据袋鼠跳跃运动的特点,建立了仿袋鼠机器人的弹簧—质量模型．采用拉格朗日法通过线性化近似分析建立了其动力学方程,并对其进行了着地阶段径向与横向运动分析．根据步态运动稳定性的条件,研究了仿袋鼠跳跃机器人顶点反射映像函数、固定点的存在性及其稳定性,获得了仿袋鼠机器人在跳跃过程中满足步态稳定性的各个参数的取值范围,以及各参数之间关系的显式表达式．最后,通过实例证明了采用线性化近似分析的有效性,并获得了仿袋鼠机器人稳定跳跃时各参数之间的变化关系．     

仿袋鼠跳跃机器人用关节运动控制器设计

设计了一种基于TI公司高性能浮点DSP TMS320F28335和双全桥PWM电机驱动器DRV8402的仿袋鼠跳跃机器人关节运动控制器.控制器实时采集机器人3个关节相对运动角度,利用积分分离的PID控制算法实现关节驱动电机位置闭环控制.设计了基于LabWindows/CVI的上位机测控软件,制作了控制器样机并进行系统联...     

仿人跑步机器人机构与步态规划综述

阐述了仿人跑步机器人研究的必要性,介绍了几款国外典型的仿人机器人机构设计和驱动系统设计,对仿人跑步机器人的步态规划问题进行了综述,并指出仿人跑步机器人领域的研究难点和未来研究方向。     

基于主支撑腿运动优化的仿人机器人快速步态规划算法

提出一种基于主支撑腿运动优化的快速步态规划算法,利用快速动态步行的特点,规划ZMP(Zero Moment Point)适时地离开质心投影并始终停留在稳定的支撑区域内．规划过程中考虑了仿人机器人摆动足触地时的碰撞,整个步态产生于深度的优化过程．     

仿蟹机器人步态分析与仿真

在仿蟹机器人的行走控制中,步态的选择对机器人的稳定快速行走具有至关重要的作用。本文对仿蟹八足机器人的基本步态进行了分类,并进一步对八足波形步态进行分析,得出八足步行机器人在采用双四足步态的行走方式时,既可以满足速度的要求,又可以保证机器人的稳定性。通过计算机软件ADAMS对所选步态进行全局仿真,结果验证了步态规划的合理性,同时得到了机器人相关物理量的变化曲线,为进一步选择电机,分析机器人系统的动态特性提供了依据。     

仿人机器人参数化全方位步态规划方法

以实现仿人机器人稳定快速的全方位步行运动为目的,针对现有多体动力学模型描述的复杂性缺陷,及其他全方位运动策略不考虑步幅连接的问题,采用通用的运动学参数描述机器人的单步运行过程,并提出全新的全方位运动小车模型以描述步幅间连接约束,进而给出了步幅间过渡算法.在将全方位步行参数化的基础上,提出一种标准工况作为全方位运动的性能评价指标.通过动力学仿真和样机实验验证了该方法的有效性以及步幅连接算法存在的必要性.     

基于体感的仿人机器人步态学习与控制

针对现有理想化步态动力学模型规划方法复杂、人为指定参数过多、计算量大的问题,提出一种基于体感数据学习人体步态的仿人机器人步态生成方法。首先,用体感设备收集人体骨骼信息,基于最小二乘拟合方法建立人体关节局部坐标系;其次,搭建人体与机器人映射的运动学模型,根据两者间主要关节映射关系,生成机器人关节转角轨迹,实现机器人对人类行走姿态的学习;然后,基于零力矩点(ZMP)稳定性原则,对机器人脚踝关节转角采用梯度下降算法进行优化控制;最后,在步态稳定性分析上,提出使用安全系数来评价机器人行走稳定程度的方法。实验结果表明,步行过程中安全系数保持在0~0.85,期望为0.4825,ZMP接近于稳定区域中心,机器人实现了仿人姿态的稳定行走,证明了该方法的有效性。     

面向仿人机器人自然步态规划的人体步行实验分析

自然步态规划方法是实现仿人机器人步态柔顺和能量优化的可行方法,该方法要求对人体步行及其平衡策略进行定量研究．本文分析自然步态规划方法的原理,建立了一套快捷有效的人体步态测试系统,并通过实验建立了人体步行的参数化数据库．实验结果揭示了人体步行的参数化特征及其平衡策略,对于仿人机器人的自然步态规划及控制提供了理论指导．结论特别指出,仅仅通过规划的方式实现仿人机器人的自然步态是不完备的,自然步态的实现必须同仿生控制策略相结合．同时实验结论对于仿人机器人的本体优化设计也提供了参考．     

考虑脚部柔性的仿袋鼠跳跃机器人运动特性研究

基于对袋鼠结构及跳跃运动特点的研究,设计了具有柔性脚的仿袋鼠跳跃机器人单腿机构模型,建立了相应机构在着地阶段的运动学和动力学方程．结合实例,用Matlab 6．5计算和仿真了模型在着地阶段各关节转角、柔性脚与地面接触长度、地面支承力和关节力矩随时间的变化规律曲线．结果分析表明：模型跳跃的起跳时间约占着地时间的2/3,当柔性脚与地面接触长度最大时,地面作用力也达到最大;踝关节的输入力矩要大于髋关节的输入力矩．此运动研究为仿袋鼠跳跃机器人的设计以及精确控制提供了理论基础．     

基于关键帧相似性的仿人机器人步态规划

为解决传统步态规划方法运算量大、运行时间长的问题,提出一种基于关键帧相似性的仿人机器人步态规划方法,通过对步态关键帧的相似性度量、髋关节的规划、零力矩点(ZMP)的实时校正,实现仿人机器人曲线行走步态的在线调整,调整后的步态能够较好地逼近实际ZMP曲线。实践结果表明,该方法在降低运算量的同时较好解决了仿人机器人的步态稳定及快速规划问题,并且可以减少步态选择不理想时的时间消耗。     

控制六足仿生机器人三角步态的研究

基于仿生学原理,在分析六足昆虫运动机理的基础上,对六足仿生机器人的三角步态运动原理进行了分析.论文涉及六腿机器人步态研究的一些基本参数的描述,讨论了用相对运动的原理研究步态的方法,结合慧鱼机器人组合包中的构件拼出六足仿生机器人.该机器人模型结构简单,设计独特,能前进和后退,且能避开小型障碍物.基于三角步态运动原理对其进行了反复实验,实验结果表明六足仿生机器人具有较好的机动性和稳定性.     

Bionic Quadruped Robot Dynamic Gait Control Strategy Based on Twenty Degrees of Freedom

Quadruped robot dynamic gaits have much more advantages than static gaits on speed and efficiency, however high speed and efficiency calls for more complex mechanical structure and complicated control algorithm. It becomes even more challenging when the robot has more degrees of freedom. As a result, most of the present researches focused on simple robot, while the researches on dynamic gaits for complex robot with more degrees of freedom are relatively limited. The paper is focusing on the dynamic gaits control for complex robot with twenty degrees of freedom for the first time. Firstly, we build a relatively complete 3D model for quadruped robot based on spring loaded inverted pendulum (SLIP) model, analyze the inverse kinematics of the model, plan the trajectory of the swing foot and analyze the hydraulic drive. Secondly, we promote the control algorithm of one-legged to the quadruped robot based on the virtual leg and plan the state variables of pace gait and bound gait. Lastly, we realize the above two kinds of dynamic gaits in ADAMS-MATLAB joint simulation platform which testify the validity of above method.      

基于步态加速度的步态分析研究

介绍了基于加速度传感器的便携式步态数据采集模块的设计方案.重点分析了步态加速度信号的特征,以及利用步态加速度的无偏自相关特性提取步态参数方法,并通过分析、对比人单步(左、右脚步)与步态周期间的相关系数,实现了步态对称性的评估.     

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.     

基于步态能量图像和2维主成分分析的步态识别方法

为了快速有效地进行步态识别,针对步态能量图像能够表征步态信息和2维主成分分析能快速降维的特点,提出了一种基于步态能量图像和2维主成分分析的步态识别方法.该方法首先应用背景减除法分割出人体轮廓;然后通过人体宽高比的相关信号确定运动周期,再对二值周期序列进行步态能量图像(GEI)合成;最后运用行列相结合的2维主成分分析((2D)~2PCA)方法与加权的2维主成分分析(W(2D)~2PCA)方法提取特征主向量,并采用最近邻分类器进行分类.实验结果表明,该步态识别方法可以有效降低前期处理对分类识别的影响,而且对于3种不同行走状态的CASIA数据库巾多个视角下拍摄的步态图像可取得很好的识别效果.     

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。     

基于神经反射的双足机器人步态控制的研究

双足步行机器人因为其高度的非线性系统且无固定支撑底面,使得传统的控制策略或算法产生的步态控制运动十分的僵硬,缓慢,缺乏灵活的自组织能力,与真正生物步态存在很大差异;而生物能很好利用环境的反射自激行为产生有节律的协调运动从而适应多种复杂环境,文中基于神经反射原理设计了反射网络控制器,从而克服常规控制策略的步态规划的不足,提高了系统性能,消除了关节的抖动,能够很好地适应其外界环境干扰因素的影响,通过MATLAB和ADAMS联合动态仿真,证明了该控制方案的优越性,并得到很好的控制效果。     

基于余弦振荡器的四足机器人步态生成与仿真

为实现四足机器人的稳定运动,基于四足机器人对角步态的几何模型,建立余弦振荡器,生成节律运动的上层架构以及上、下层之间的关节映射,得到完整的步态生成策略,并建立四种关节配置形式的机器人虚拟样机模型,进行运动学和动力学仿真.仿真结果表明,基于余弦振荡器的步态生成方法能够满足各种关节配置形式的机器人步态要求,验证了步态生成方法的正确性和普遍适用性,且根据机体波动率的比较,确定前肘后膝式具有更好的稳定性.     

基于VSC的机器人在线步态规划方法研究

传统方法在进行机器人在线步态规划时,由于受到大量外部复杂因素的干扰,造成步态规划偏差较大,无法准确跟踪期望步态;为此,提出一种基于变量集控制(variable set control,VSC)的仿人机器人在线步态规划方法;将步态规划问题转化为反应机器人步态状态的变量集的规划问题,根据对相关变量的规划和计算,能够获取机器人关节空间运动的状态序列;根据变量集中的零力矩点、机器人的重心、髋部中心和步态规划之间的关系,能够获取机器人在线步态规划中关键变量集的规划和计算结果;仿真实验表明,利用该方法能够克服传统方法的缺陷,实现了对机器人在线步态规划的准确控制。     

基于 Matlab 与 Modelsim 的四足机器人步态算法的协同仿真

首先对液压四足机器人的运动特性进行了研究,选取 CPG 算法作为控制算法并建立了数学模型,用 Matlab 实现软件上的仿真,观察各髋关节的输出信号;然后借助 Matlab 工具 HDL Coder 将 Simulink 模型转换为 Verilog 硬件语言,并在硬件环境下借助 Modelsim 用 VHDL 语言进行协同仿真;最后通过输出信号的前后对比验证了算法的有效性。该方法简化了测试流程,无需采用复杂的 Test Bench 编程方法,提高了测试的完整性。