双足步行机器人8路PWM信号联动控制算法研究

针对双足步行机器人的控制要求及8路PWM信号的产生机理,研究了10自由度双足步行机器人的联动控制算法,同时进行了延时分析,最后将该算法用于自行设计的10自由度双足步行机器人中。从而成功实现了机器人的直线前进、转弯、上楼梯等动作。     

未知不平整地面上的双足步行稳定控制

 针对未知的不平整地面环境,提出了双足机器人稳定步行控制算法,该算法由步态规划和传感器反馈控制两部分组成.采用被动倒立摆模型设计双足机器人的步态,使得双足机器人能够自然、节能的稳定行走.实时反馈控制用来适应地面环境的凹凸不平以及处理外部环境的扰动.控制器包括上身姿态控制、期望ZMP控制以及非线性落地控制三部分.双足机器人机构柔性的存在对机器人稳定性以及控制效果造成很坏的影响,甚至使反馈控制造成负面的效果,因此柔性的影响也被考虑到步行控制器的设计当中.利用双足机器人不平地面上的步行实验验证所提出步行控制算法的有效性.     

双足机器人RCG姿态控制算法的研究

稳定步行是仿人双足机器人开展实际作业的基础,也是研究的难点和热点.为了提高对仿人机器人步行失稳的响应速率和控制准确性,克服利用陀螺仪进行姿态测量及控制无法完整表述机器人运动状态,从而造成控制滞后的缺点.本文提出了RCG姿态控制算法,在以角速度和角度作为控制参量的模型基础上,引入机器人运动过程中的加速度作为姿态判断和调整的影响因子,实现对机器人行走过程的反馈控制,提高了双足机器人对失稳状态的响应速率和响应的准确性.通过对自主搭建的机器人样机进行测试,结果表明：当双足机器人步行失稳时,RCG姿态控制算法比以角速度和角度作为参量的控制算法能够更快速、准确的修正姿态偏差,保持姿态稳定.     

小型仿人机器人的设计及步态规划

针对现有仿人形机器人造价高的缺点,设计一款低成本的小型双足机器人研究平台.根据人类步行过程及人体生理结构.依据模糊控制与专家控制相结合的理论提出一种简单的双足机器人模型.并根据仿生学原理确定机器人的自由度配置及各关节的比例尺寸.然后,利用目前通用的行为规划软件对双足机器人步态规划进行仿真.并在平坦地面上进行相应行走试验.实验证明.根据人行走模式对机器人进行步态规划的算法稳定可行.为机器人的教学和科研提供了良好的实验平台.     

双足机器人的行走模型及步态规划

双足步行机器人是一个多变量、强耦合、非线性和变结构的复杂动力学系统,是机器人研究领域中的一个重要分支。根据人类的步行过程及人体的生理结构提出了一种简单的双足机器人模型,分析了双足机器人在平坦的地面上脚面抬起高度为。的最小能量消耗的行走方式,并进行了步态规划的研究．     

小型仿人机器人的设计及步态规划

针对现有仿人形机器人造价高的缺点,设计一款低成本的小型双足机器人研究平台。根据人类步行过程及人体生理结构．依据模糊控制与专家控制相结合的理论提出一种简单的双足机器人模型,并根据仿生学原理确定机器人的自由度配置及各关节的比例尺寸。然后,利用目前通用的行为规划软件对双足机器人步态规划进行仿真,并在平坦地面上进行相应行走试验。实验证明,根据人行走模式对机器人进行步态规划的算法稳定可行,为机器人的教学和科研提供了良好的实验平台。     

基于DSP的双足机器人运动控制系统设计

在仿人机器人研究领域,双足步行控制一直是其难点。主要介绍基于TI的DSP芯片TMS320F2812设计双足机器人的基本运动控制系统,围绕机器人腿部无刷直流电机的驱动进行优化设计。系统采用PWM进行电机调速,辅助以补偿参数,通过步态指令,验证电机运转的精确性、稳定性和系统的可操作性。电机调试为CCS仿真、步态规划和独立行走提供试验平台,使机器人能够实现步行功能。     

基于TMS320F2812DSP的双足机器人样机设计

本文基于TMS320F2812DSP设计了一个十自由度双足步行机器人,对驱动与传感器电路进行了设计,规划了机器人的整体控制系统,采用了触力传感器和陀螺仪来检测步行信息,并成功实现了机器人的稳定行走。     

双足机器人稳定性判据研究

双足机器人是20世纪人类最伟大的发明之一,其具有的独特的双足运动方式是研究遇到的难点之一,其中双足类人机器人在步行稳定性判据的研究上起步较早,双足机器人能否进行拟人行走的最为重要的指标之一就是机器人行走的稳定性判据,在此本文对稳定性的判据研究做以综述.     

爬墙机器人控制系统设计与调试

介绍了一种爬墙机器人的设计原理及无线遥控的实现方法。该系统是根据真空吸附原理设计的一个能在垂直墙面上通过脚步行进方式,在4个方向垂直移动的爬墙机器人及其控制系统。控制系统采用单片机控制,通过接收无线遥控信号来实现上升、下降、向左、向右及停止五个基本动作的有序控制,为进一步实现复杂动作及实际应用打下了良好的基础。     

单兵作战用机器人控制系统设计

单兵作战用机器人方便携带、操控简单、可代替人类到达危险环境作战。机器人通过无线电台接收遥操控终端发送的控制指令,按照指令行动;同时机器人采集自身的状态信息,发回遥操控终端。手持遥操控终端的士兵能够方便的控制机器人,并实时掌握机器人的状态信息。文中详细介绍了单兵作战用机器人的控制系统硬件和软件设计。     

一种移动机器人的运动控制方法研究

针对反应式移动机器人运动控制中存在的缺乏自主运动规划等问题,介绍了一种新型移动机器人的运动控制方法。设计了一种混合式控制结构实现移动机器人的运动控制。采用基于行为的运动控制策略,将反应式行为和规划行为融合在一起。实验结果表明该策略能够很好地完成复杂环境下移动机器人的运动控制。     

基于参数优化的类机器人运动规划研究

在类人机器人的运动过程中,各种不确定因数可能导致其发生摔倒.当摔倒不可避免的情况下,本文研究了类人机器人倒地动作的最优控制问题,通过对倒地动作深入分析,引入一种参数优化技术对倒地动作进行最优控制.针对参数优化方法对求解问题初值的敏感性和在求解二次规划问题(SQP)中的不足,使用初值状态筛选器和一种基于改进的二次规划滤子算法对该方法的寻优过程进行了改进,并和极小值原理控制方法进行了比较.最后仿真和实验显示了本文所提控制方法的有效性.     

基于MCS-51单片机的智能机器人迷宫车设计

机器人在军事侦察、扫雷排险、防核化污染等危险与恶劣环境中以及工业自动化生产的物料搬运上应用很广,随着任务复杂性的增加,对移动机器人的要求也越来越智能化。然而,功能较完备的路径跟踪控制方法普遍具有计算复杂,不易实现等特点。主要针对移动机器人即智能小车的行走系统进行设计,以MCS-51单片机为控制核心的智能小车利用单光束反射取样红外传感器,探测正前方及左右两侧障碍物,利用控制算法寻找行进路线,在无人控制的情况下自主地走出迷宫。设计采用了轮式移动机构,使机器人能直线行走、左右转弯、主要针对路径跟踪算法优化问题,提出一种有效可行的方法,该法比以往算法更简单易行。     

两轮差速机器人运动学分析和控制研究

对两轮差速机器人的运动控制进行分析,建立了输入/输出量之间的函数隶属关系,在建立轮式机器人的运动学模型和动力学模型基础上,为实际研究提供可行性指导和理论依据。同时为博创平台的差速机器人运动控制提出新的思路,即基于模糊控制的机器人路径跟踪。将增量式PID控制算法及模糊控制策略结合起来,应用于两轮差速机器人的运动控制模型中,并运用Matlab进行仿真,得到了控制系统的响应曲线,达到了满意的效果。     

基于分布式的移动机器人控制系统设计与实现

移动机器人是近年来研究的热点,针对机器人系统自由度多,可靠性和实时性要求高的特点,提出了一种基于分布式的移动机器人控制系统。利用多借点连接方式的网络拓扑机构,将其他设备和多个机器人连接组成机器人控制系统,以控制芯片ARM Cortex-A9和STM32F407为基础,将开源操作系统植入到开源嵌入式系统中,设计分布式上位机控制软件和下拉机程序,设计了基于分布式的移动机器人控制系统的搭建,实现对分布式移动机器人的控制。该分布式移动机器人软硬件开源、性能高、成本低、具有很好的可扩展性、实时性和稳定性。     

A Visible and Near-Infrared Light-Fueled Omnidirectional Twist-Bend Crawling Robot

In recent years, although light-driven soft actuators have attracted intense scientific attention and achieved remarkable progress, the design and construction of an intelligent robotic system with maneuverability, self-adaptability, untethered control, and greater freedom of action, in particular the omnidirectional motion capability on a plane, remains challenging. Herein, four types of photo-thermal fillers and an unprecedented twist-bend actuation mode is introduced into a liquid crystal elastomer-based soft robot. The obtained twist-bend crawling robot not only exhibits in situ rotation, four-way turning, and four-way linear motion under light irradiation with four wavelength bands (520, 655, 808, and 980 nm), but also demonstrates the ability to avoid obstacles in complex geographical environments. This work may bring a new perspective for fabrication and development of soft robots that can adapt to dynamic and complex environmental conditions.     

Development and control of a single-wheel robot: Practical Mechatronics approach

This article presents a Mechatronics approach to make the complex dynamical system satisfy the specification as desired. The Mechatronics approach has several phases: analytical design, system integration, sensing & control, and evaluation. The Mechatronics approach means that cycles of design, implementation, sensing, and control are repeated until the system satisfies the goal through evaluation. A single-wheel robot system called GYROBO after a robot that uses gyroscopic effect is developed and controlled by the Mechatronics approach. The goal of GYROBO is to navigate its terrain while maintaining the stable balance. However, successful balancing and navigation of a single-wheel robot are quite difficult and challenging since one point contact may fall down in lateral direction with ease. To have a successful balancing performance, many problems have to be solved a priori before applying any advanced control algorithms. Among several phases of analytical design, integration, sensing & control, and evaluation, the most important phase is the analytical design. However, the analytical design cannot guarantee successful performances due to the complexity of the system. Practical Mechatronic approach is to repeat cycles of system integration, sensing & control, and evaluation. After several modifications of mechanical assembly and relocation of components inside the wheel housing, simple linear controllers enable GYROBO to perform successful balancing and navigation. GYROBO is able to follow the specified trajectory given by a remote operator. Experimental studies of control of balancing, driving forward and backward, turning, and climbing over an obstacle of GYROBO are conducted to demonstrate and evaluate its functionality and support the concept of the Mechatronics approach to control complex systems.     

Classical and modern methods for time-constrained energy optimal motion – Application to a badminton robot

Two control approaches are presented to improve the energy efficiency of a robot which has to perform point-to-point motions during a fixed time interval. One is called Proximate Energy Optimal Servo (PEOS) and the other is called Energy-Optimal Model Predictive Control (EOMPC). The PEOS approach is based on the Proximate Time Optimal Servo (PTOS) control algorithm whose parameters are optimized in order to achieve energy efficient behavior. The EOMPC approach developed based on the Time-Optimal Model Predictive Control (TOMPC) approach achieves energy optimal performance by minimizing the energy losses in the object function. The two developed approaches are applied to a robot playing badminton and compared to two existing control approaches: the Proximate Time Optimal Servo (PTOS) and the Time-Optimal Model Predictive Control (TOMPC). The robot is still able to intercept most of the opponent shuttles on time, while a significant reduction of the energy consumption is demonstrated in both cases.