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。     

仿人机器人步行运动学建模与仿真

为研究仿人机器人步行、跑动和跳跃等技术问题,并实现仿人机器人在复杂非结构的人类生活环境中的应用。建立了刚柔耦合的仿人机器人系统;用D-H坐标变换法建立数学模型并得出正逆运动学公式及其解析解;规划出机器人稳定无冲击的行走步态,将Solidworks实体模型导入虚拟样机Adams中进行运动仿真,仿真结果与规划步态基本一致,验证了所建立的数学模型和实体模型的正确性,为仿人机器人动力学分析和步态优化提供了研究平台。     

基于动作捕捉技术对仿人机器人运动学分析与步态仿真

以人类的构造为原型,基于仿生学的角度,设计了一种下肢单腿7自由度的仿人机器人.通过三维光学动作捕捉系统采集人体正常行走时的运动位置坐标,分析数据,获取人体步态行走时的关节角度及下肢各关节力矩变化规律;建立了下肢7自由度运动学模型并进行逆运动学分析,求解出下肢各关节角度的变化情况,并根据步态规划求解出仿人机器人步行运动过程中下肢各关节转动角度;在UG环境中建立下肢7自由度的仿人机器人三维模型,并利用多体动力学软件Adams进行动力学仿真,结合步态运动规划求解出的角度变化情况对仿真参数进行设置,通过虚拟样机完成仿人机器人的步态行走,并将仿真数据和动作捕捉实验获取的数据结果进行对比.研究结果显示,仿人机器人能够实现稳定的步态行走,确认了整体建模思路、运动学分析以及动力学仿真的准确性.以实验结果为基准,仿真所获得的髋关节和膝关节力矩值相对于实验值的相对误差分别为6.7％和9.6％,均在合理的范围内,为仿人机器人结构设计和电机选型提供了依据.     

基于Simulink的仿人机器人步行运动仿真模型

在对仿人机器人完整步行运动分析的基础上,基于Simulink建立了仿人机器人步行运动仿真模型.首先,给出了仿真模型的整体结构框架;接着,建立了仿人机器人13质量块动力学模型,分析和讨论了仿人机器人行走过程中脚与地面的作用过程,基于关节驱动力矩二次型积分最小,规划得到了一组稳定的行走步态,并基于传感反射控制实现了仿人机器人复杂环境下的应用;最后,对仿真结果进行了分析和讨论.     

基于ADAMS的仿人机器人步态仿真与分析

仿人机器人是机器人研究领域的热点问题。文中在利用Pro/E三维建模软件对仿人机器人进行了结构设计之后,又用ADAMS仿真分析软件对仿人机器人进行了步态仿真分析。在ADAMS环境下对针对仿人机器人进行了合理的步态规划,并且在仿人机器人平稳快速行走过程中对上肢的质心位置移动做了定量分析。最后针对仿真分析结果对仿人机器人步态进行了优化设计。     

基于反馈控制的仿人机器人步态规划

为了解决仿人机器人离线步态规划中机器人难以跟踪期望步态的问题,建立了仿人机器人的简化三连杆模型,并运用拉格朗日力学对模型进行了动力学分析,包括机器人单腿支撑期和双腿支撑期以及整体步行模型,在此基础上,提出将混杂系统的输出作为机器人的规划步态函数,设计了反馈控制器来实时调整机器人的实际步态。仿真结果表明,所设计的反馈控制器能够很好地调整机器人步态。     

双足仿人机器人的设计与步态分析

设计了一个双足仿人机器人,建立了机构的三维模型,对机器人腿部进行了运动学分析及步态规划,并运用ADAMS进行了仿真。结果表明结构设计及步态规划合理正确,为物理样机的制造提供了重要依据。     

仿人机器人发展及其技术探索

仿人机器人是研究人类智能的高级平台,它是综合机械、电子、计算机、传感器、控制技术、人工智能、仿生学等多种学科的复杂智能机械,目前已成为机器人领域的研究热点问题之一.对国内外仿人机器人研究现状进行广泛调研,其中日、美等国在研制仿人机器人方面做了大量的工作,中国各高校也积极研究,取得了突破性进展.概括并分析机器人自由度配置、步态规划的分类、基于零力矩点的稳定性判据、传感器的分类和应用以及机器人控制系统等关键技术.     

一种双足机器人步态规划和运动仿真的研究

通过对人类行走步态的研究,结合双足机器人实际结构,规划机器人行走时的基本姿态及重心轨迹,建立运动学模型,根据规划的行走姿态及轨迹建立运动学方程。应用三维建模软件UG建立双足机器人的简化模型,导入仿真软件ADAMS中生成虚拟样机模型,并通过在Matlab中得到机器人行走的关节运动轨迹对虚拟样机模型进行控制,经仿真后,利用该虚拟样机模型对机器人行走步态进行运动学及动力学分析。应用虚拟样机方法,验证了步态规划的有效性。     

圆弧足被动行走机器人动力学参数影响研究

被动行走机器人运动特性主要取决于动力学参数的选择。为研究参数变化对机器人步态的影响,以圆弧足被动行走机器人为研究对象,利用拉格朗日方法建立动力学方程并进行了数值仿真。借助分岔理论研究了圆弧足半径、质心位置、转动惯量和斜坡倾角对机器人稳定步态的影响。采用正交扰动向量法求解被动行走机器人这种非光滑系统的李雅普诺夫指数,对分岔动力学进行了验证。结果表明：随着质心位置、转动惯量和斜坡倾角增大,机器人步态出现倍周期分岔现象,当圆弧足半径在特定区间内增大时机器人仍保持周期一步态,但足半径过度增大会导致步态失稳;另外,双参数研究中对圆弧足半径和质心位置联合作用下机器人稳定参数区间变化进行了分析,并且发现机器人步态呈现出逆倍周期分岔现象。该研究结果为未来双足步行机器人的优化设计和主动控制提供了重要参考。     

应用欧拉角表达步行机器人系统的机械模型

步行机器人作为一种载运工具适应地况能力强,结构复杂,运动控制难。实现类人型机器人动态行走,必须对机器人进行动力学建模、步态设计和稳定姿态控制算法设计。其中,数学模型的建立一直是一个机构学难题, 在类人型机器人研究中起着重要作用。讨论了应用欧拉方程建立步行系统的机械模型,提出了一些简化条件,然后用欧拉方程表达了构件的旋转和线运动及关节处的力矩模型,并在此基础上研究了定常步行时简化步行机器人的运动方程式,为进一步研究定常步行机器人甚至变步长机器人的运动学提供了又一理论工具。     

基于遗传算法优化的仿人足球机器人步态规划研究

针对机器人足球比赛的特点及实现仿人足球机器人稳定快速步行的要求,提出了一种基于遗传算法优化的步态规划方法。首先,分析了仿人足球机器人一个完整步行周期的运动过程,根据步行中髋关节运动连续和踝关节运动间断的特点,分别采用三次样条插值与高次多项式插值进行了轨迹插值;其次,以零力矩点（ZMP）稳定裕度为参数构造了目标函数;最后,利用遗传算法（GA）对规划的步态进行了优化,从而得到了ZMP稳定裕度相对较大的稳定步态。仿真结果表明,该方法规划的步态能实现仿人足球机器人更稳定地步行。     

基于模糊AHP的步行机器人设计方案评价体系研究

正确分析和评价仿人步行机器人的系统设计方案,对于仿人步行机器人的研究与应用有着重要的意义,对我国仿人步行机器人的产业化进程有着重要的影响.针对仿人步行机器人的各种应用需求和技术特点,利用AHP提出一种仿人步行机器人系统设计方案的多目标、多层次的评价指标体系,用FAHP法求其指标权重,并运用模糊综合评价模型对仿人步行机器人设计方案进行了综合评价.该模型为客观评价机器人设计方案提供了有效手段.     

低成本类人足球机器人控制系统设计

通过分析当前类人足球机器人控制系统中CPU的优缺点，提出了一种新的低成本的类人足球机器人控制系统。该系统采用数字信号处理器（DSP）和嵌入式处理器（ARM），由DSP进行场上目标的识别和自身定位，ARM上运行Linux操作系统，完成路径规划，步态控制以及通讯等功能，充分结合了DSP的实时信号处理能力和ARM在系统控削方面的特性，合理分配任务，满足系统实时性要求。详细介绍了系统的硬件设计和软件设计。研究表明，该控制系统具有好的控制效果，有着广阔的应用前景。     

一种新型拟人机械腿的运动传递性能分析

针对当前多数拟人机械腿采用串联机构出现的运动惯性大、承载能力小,不能很好地满足拟人机器人运动特性需要的问题,提出了一种新型拟人机械腿并联机构,介绍了其结构布局特点,该机构具有3个自由度,外观匀称,与人腿相仿度高,在结构上实现了人体踝关节和膝关节功能.建立了该并联机械腿的位置反解方程,基于该方程用矢量法推导出了线速度和角速度雅可比矩阵,分别定义两矩阵的条件数和可操作度作为其运动学性能指标,分析了各性能指标在工作空间内的分布规律.研究结果表明:拟人机械腿速度传递性能良好且稳定,脚掌的运动传递性能几乎不受屈膝角度的影响.仿真结果符合人体腿部的运动要求,为当前拟人机械腿的研究提供了一种新的构型.     

肌电信号控制仿生手的研究

研究的目标是利用肌电信号实时控制仿生手的运动。使用所设计的系统，实现了肌电信号采集、处理和对所设计的仿生手的控制。通过试验验证了肌电信号的统计特性，用不同操作者的不同肌肉来控制和训练仿生手抓物体，试验结果表明仿生手的失误率小于0．5％。     

四足爬行机器人步态分析与运动控制

为了实现液压作动的四足步行机器人的稳定行走,根据运动稳定裕量原则规划四足机器人的直行步态,保证三足支撑机体时稳定裕量为100 mm;针对液压缸运动加速度突变导致机体冲击振动的问题,提出了利用S型曲线作为各自由度的运动位移控制规律的方法。按照JQRI00型四足步行机器人原理样机的结构建立了虚拟样机模型,应用仿真软件对所设计步态进行了仿真,分析了步态的运动学、动力学特征和位移控制方法的运动特征;在四足步行机器人原理样机上进行了试验,并将试验与仿真结果进行了比较。研究结果表明,所设计的机器人步态可行,保证了机器人具有较好的行走稳定性;将S型曲线用于位移控制,消除了液压缸运动加速度的突变,进一步提高了机体运行的平稳性。     

下肢外骨骼助力机器人关节驱动设计及试验分析

针对人体下肢关节特点与助行要求,设计了外骨骼机器人关节结构;通过ADAMS软件仿真,分析了外骨骼机器人水平助行过程中关节功率配置需求,根据关节需求设计了外骨骼电液伺服驱动系统;为满足外骨骼机器人对人体下肢关节助力及柔顺性要求,提出了基于关节误差估计的PID控制方法。详细介绍了外骨骼机器人下肢关节结构的运动形式与技术参数,优化配置了关节结构的运动范围与驱动行程,对该机器人进行了运动学分析并通过外骨骼的典型动作进行验证;划分了外骨骼助行过程中步态与关节驱动映射,给出误差估计与补偿PID控制的具体参数;分别从关节跟踪与助力功率的角度,量化分析、对比了基于关节误差估计与常规PID两种控制方法的助力指标参数。试验结果表明,所设计外骨骼关节与驱动系统可实现穿戴者助力行走;对比常规PID控制,抑制了关节驱动控制输出区间的不连续,改善了关节跟踪误差,提升了助力效果与柔顺性。     

一种人形机器人气动导航主动控制系统

为解决人形机器人导航控制智能化水平较低,自适应程度不高的问题,设计了一种基于北斗导航的人形机器人气动导航主动控制系统。建立了人形机器人运动学数学模型,研发了机器人气动导航控制系统,通过国家2000坐标下导航实验,对模型和系统进行了实验验证。结果表明:建立的运动学数学模型和导航控制算法是合理的,研发的气动导航主动控制系统可满足人形机器人的气动导航主动控制要求,有效提升了人形机器人导航控制的智能化程度。