仿人机器人发展现状及其腰关节的作用

仿人机器人是研究人类智能的高级平台，是综合多种学科的复杂智能机械，其研制和开发涉及到各学科、多方面问题，目前已成为机器人领域的研究热点问题之一．本文对仿人机器人目前的发展现状进行了综述，分析了多种仿人机器人的自由度分布，介绍了具有不同结构特点的腰机构，分析了腰关节在仿人机器人的稳定动态步行、全身协调运动及有情感步行等方面的重要作用．本文还指出了仿人机器人目前的主要研究方向．     

仿生机器人研究进展及仿生机构研究

以自然界仿生对象为基础,介绍了国内外现有的5类仿生机器人——仿飞行生物机器人、仿陆地生物机器人、仿水下生物机器人、仿水陆两栖生物机器人及仿人机器人的研究现状及最新进展,详细阐述了每种仿生对象的特点,仿生机器人的基本结构、性能特征及应用前景.在分析仿生机器人机构特性的基础上,提出并阐述了仿生机器人仿生机构的冗余驱动原理、欠驱动仿生原理、变胞结构设计、运动稳定性设计、高承载自重比设计,以及新型仿生材料设计等重要研究内容.     

基于S3C44B0X仿人机器人控制系统的设计

目前,国内普遍采用单片机或DSP作为控制系统的微处理器来实现仿人机器人的控制.用单片机或DSP控制机器人时占用接口资源较多,所需外围元器件也较多,对整个系统的稳定性和可靠性有较大影响.因此,基于S3C44B0X微处理器设计了一个结构开放、模块化、实时性好的仿人机器人控制系统,把每一对左右对称的关节作为控制对象,这样,机器人的动作具有较好的协调性.然后,通过实验得到机器人各姿势下的参数,最终成功实现了仿人机器人的控制.结果表明,提出的设计方案是可行的,基于S3C44B0X的仿人机器人控制系统在速度、功耗、体积、可扩展性、稳定性方面有一定的优势,具有广阔的发展空间.     

力觉临场感遥操作机器人(1):技术发展与现状

人机交互式机器人作为最具实用价值的特种机器人已成为当前机器人学研究的前沿和热点.临场感(Telepresence)技术是人机交互的核心.首先,回顾了力觉临场感遥操作机器人技术的产生、发展和现状,介绍了力觉临场感遥操作机器人在核领域、空间探测领域与远程医疗领域的应用情况;其次,对力觉临场感遥操作机器人的4大关键技术:传感技术、力反馈与触觉再现技术、大时延控制技术和虚拟预测环境建模技术等进行了综述;还介绍了东南大学仪器科学与工程学院机器人传感与控制研究所近20年来开展临场感遥操作机器人技术研究,以及在核探测、康复医疗领域应用的情况.通过回顾与分析,指出了力觉临场感遥操作机器人技术今后需要研究的几个重点问题.     

建筑机器人的研究与应用

建筑机器人的开发与应用是机器人技术最主要的研究领域之一.在20世纪90年代,国际上这方面的研究主要集中在具有完成某些机械运动和实现一些自动化功能的机器人的开发.随着信息技术基础的不断发展与完善,建筑机器人的研究方向也有了新的变化:更偏重于“软机器人技术”研究与开发.将“硬机器人技术”与“软机器人技术”相结合并协调发展成为该领域的一个长期目标.本文结合典型范例阐述了目前国际上建筑机器人的发展状况,以及未来发展趋向.     

计算机辅助外科手术中医疗机器人技术研究综述

在计算机辅助手术领域中医疗机器人技术是目前一个研究热点。介绍医疗机器人技术的概念以及在计算机辅助手术中应用的必要性;针对医疗机器人技术在计算机辅助手术领域中的国内外研究现状,从骨外科、神经外科、窥镜外科和介入治疗等四个方面,分别进行了详细综述,并介绍具有代表性的外科手术机器人系统;通过分析医疗机器人当前的研究现状,指出内窥镜外科手术机器人将是未来医疗机器人的发展方向,通过探讨内窥镜外科手术机器人所涉及的四个亟待解决的问题,指出了需要进一步研究和发展的方向。     

半自主仿人型机器人足球控制系统设计

足球机器人系统是一种高科技竞技系统.仿人型机器人足球比赛是机器人足球比赛的最高赛事.本文提出了一种新的基于半自主控制的仿人机器人足球控制系统.该系统由仿人型机器人、全局视觉系统、决策系统和无线通信系统四部分组成.实验和比赛结果证明了该系统的可行性.     

仿人表情机器人头部系统设计

随着人工智能技术的不断发展,具有人机交互功能的智能服务机器人已经成为机器人研究领域一个重要的发展方向,具有表情识别与再现能力的仿人表情机器人已成为该方向研究的热点。文章分析了表情机器人的表情特征及其定义,基于机械设计、传感器技术、电机控制、人工智能以及三维造型等技术对具有表情再现功能的机器人头部机械结构、控制系统及软件系统进行了研究与设计。通过对头部系统的控制与设计,该机器人的头部各器官及其相应的表情控制点可以迅速、精确地到达预定的位置,从而实现各种情感的表达。     

仿人机器人发展状况和挑战

介绍了仿人机器人的现状和面临的挑战性问题,对世界上针对仿人机器人的研究工作进行了综述,指出了各自的侧重点及主要研究趋势,阐明了开展仿人机器人研究的出发点。     

具有单目嵌入式视觉的仿人机器人分层控制系统设计

针对仿人机器人的特点,设计了一个具有单目视觉的仿人机器人分层控制系统.通过研究机器人跑步运动的基本原理,在机器人跑步运动中引入手臂摆动姿态,通过最优化跑步过程的总体能效进行步态规划.最后根据FIRA比赛规则,决策系统通过视觉反馈和姿态反馈信息,调用底层动作库,进行短跑运动规划.实验结果表明,该仿人机器人的控制方式效果良好,适合参加竞技类比赛.     

以人体运动为参照的仿人机器人设计参考准则

为解决仿人机器人设计以经验设计或运动仿真验证为主,尚不存在以人类自身为参照,考虑走跑跳等多种运动行为要求下的初始设计方法问题,对人体多种运动行为进行运动捕捉与足底力测量,选择人体运动过程中关节力矩和关节功率作指标表征仿人机器人应达到的极限驱动能力。利用PhaseSpace三维运动捕捉系统和自行研制的至少5倍于体重的大量程集成化测力鞋系统对6名成年男性进行了走跑跳等运动行为的运动捕捉与足底力的测量实验,根据得到的149组实验数据,分析总结人体走、跑、跳等运动行为特征;采用牛顿-欧拉法对人体下肢机构进行逆动力学计算,用多元非线性拟合法拟合计算结果得到了各关节最大驱动力矩及功率方程式。综合归纳给出了不同运动方式下仿人机器人设计参考准则,为走跑跳等多运动方式仿人机器人的设计提供了参考。     

仿人机器人的可变ZMP步态规划

为使仿人机器人能够稳定地行走,基于三维倒立摆模型,采用了可变ZMP(Zero-Moment Point)来进行仿人机器人的步态规划.在单脚支撑期依据可变ZMP采规划COG(Center of Gravity)的轨迹,在双脚支撑期内则让ZMP保持低速匀速运动,由此来规划此时间段的COG轨迹.仿真结果验证了规划的合理性,保...     

小型仿人机器人步行稳定控制方法研究

针对小型仿人机器人足部异常着地姿态对步行稳定性的重要影响,提出了一种基于力分布的快速着地柔顺控制方法,使机器人能够根据着地时地面反作用力的分布情况,快速判断足部着地姿态,通过实时调节踝关节实现机器人的快速着地柔顺控制。该方法结合基于零力矩点（Zero Moment Point,ZMP）和身体姿态的平衡控制方法,在运动调节功能的协调下,形成了一个较为完备的小型仿人机器人实时稳定控制体系。     

一种测量人行走时骨盆运动轨迹的新方法

骨盆的运动轨迹是类人机器人和康复训练机器人控制的基础,针对以往研究方法的不足,提出了一种测量人在跑步机上行走时骨盆运动轨迹的新方法.通过3个高精度位移传感器和1个数据采集卡进行数据采集,运用MATLAB软件进行数据处理和分析.实验结果表明:正常人行走过程中,骨盆在左右和上下方向的运动轨迹符合周期性变化规律,近似于正弦波形;在一个完整的步态周期内,骨盆左右摆动1次,上下起伏2次;幅值主要由身高和行走速度等参数决定,在此基础上建立了骨盆运动轨迹的数学模型.     

一种类人型机器人的步行稳定性研究

类人型机器人行走稳定性的理论对机器人模仿人的行走有着至关重要的影响。通过增加类人型机器人的脚跟,使其行走稳定性增强.根据双足机器人行走稳定性的动力学条件,结合类人型机器人行走的特征和重心位置,并考虑地面反力和能量两方面的因素,给出了类人型机器人行走稳定性与脚跟高度的数学关系,即增加机器人的脚跟可以增强类人型机器人步行的稳定性.     

行走机器人运动结构特性分析

介绍了行走机器人的发展、分类、结构和运动特性,并详细叙述了几种典型的机器人行走机构和特点,最后介绍采用UG设计软件对机器人结构设计的模拟仿真．     

面向任务的机器人灵巧手控制系统及多指空间协调阻抗控制

为提高多指灵巧手的控制和操作性能,提出了基于集中控制-分层处理的DLR/HIT Ⅱ机器人灵巧手实时控制系统结构,并建立了基于Simulink/QNX的实时控制平台和嵌入式驱动控制层,极大地简化了高集成度机电一体化灵巧手的控制器设计过程,并实现灵巧手在多自由度仿机器人上的无缝连接,进行了多指灵巧手空间协调阻抗控制的研究,基于手指指尖位置建立了适用于任意手指数目n的机器人灵巧手物体空间坐标系,并基于六维空间虚拟弹簧的阻抗思想和关节力矩反馈实现了以被抓取物体位置和姿态为控制目标的多指灵巧手空间协调阻抗控制.在基于Simulink/QNX的实时控制平台上对DLR/HIT Ⅱ灵巧手进行了空间协调阻抗控制实验,实验结果表明了灵巧手控制软硬件系统和控制策略的有效性和稳定性.在未降低灵巧手自由度的前提下,将DLR/HIT Ⅱ多指灵巧手协调抓取操作的控制输入量由30个减为6个,为提高抓取规划算法效率提供了稳定高效的新型控制策略.     

基于DSP的全自主机器人运动控制系统的研究

设计了一套适合于全自主类人机器人的分布式运动控制系统。该系统的底层控制部分采用DSP作为主处理器,给出了处理器的外围器件和反馈回路的设计过程。整个控制系统能够集成在机器人本体上,层次清晰,结构灵活,对全自主机器人的进一步发展起着积极的作用。     

有挠性驱动单元的双足机器人研制与步行实验

为减缓机器人脚底冲击,设计、研制带有挠性驱动的10自由度仿人双足机器人,该机器人髋关节俯仰关节由FDU-II型挠性驱动单元驱动;搭建FDUBR-I型仿人双足机器人控制系统硬件和软件,组建上位机与两块运动控制卡的交换式以太网络用来实现上位机与运动控制卡的实时通信,该控制系统包括FDU-II型挠性驱动单元的张力反馈和关节全闭环控制子系统;进行FDUBR-I型仿人双足机器人稳定步行实验,验证FDU-II型挠性驱动单元对机器人髋关节的驱动能力以及基于黏弹性动力学模型反馈的关节全闭环和张力反馈控制器的控制效果,机器人在0.1 km/h的步速下实现双足稳定步行.