双足被动步行的全局稳定性分析

在经典双足被动步行动力学模型的基础上,分析环境和力学参数影响下机器人被动步行的全局稳定性。计算不同模型参数下被动步行稳定不动点,采用胞胞映射计算得到不同模型参数下该动力学模型稳定单周期步态的吸引区域。研究发现双足被动步行的鲁棒性与其环境、力学参数关系密切,同时提出估计不动点吸引域形状的2个度量：最小半径与最大半径。实验结果给出被动步行稳定区域与斜坡倾角和质量比值的关系,同时通过分析某些偏离不动点较大的稳定吸引胞,以及吸引域的最小半径与最大半径的变化趋势,反映了双足被动步态的鲁棒性。     

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.     

双足机器人稳定步行模式预测控制实现方法的研究

针对现有的预测控制生成步行模式方法中忽略了参数间关系和参数取值范围的问题进行探讨.预测控制通过控制质心运动生成步行模式以实现ZMP目标轨迹跟踪,根据预测控制器模型研究参数间的关系,并通过极点分析讨论其取值范围,提出关键参数在容许取值范围内,可以保证系统的稳定性,并生成满足稳定步行的质心运动.通过仿真实验分析了在存在扰动情况下,关键参数取适当值,能够生成稳定的步行模式.     

双足步行机器人的步态规划

主要研究了双足步行机器人的基本步态的建立过程,进行了参数化处理,提出了一种简单可行的步态规划方法,并对数据结果进行了仿真验证。仿真及试验结果表明,该文给出的方法能实现不同步速的连续动态步行。通过标准步态数据的建立,为实时步态规划校正和在线控制补偿算法奠定了基础。     

基于模糊控制的双足步行机器人控制研究

本文研制了一台能够独立自主行走的新型的双足步行机器人。机器人的主体部分采用6台伺服舵机,由伺服舵机对机器人进行驱动,同时舵机本身又可作为躯干,使整个机器人的结构非常紧凑。这也是对现有大多数此类机器人进行研究之后所做的改进。对机器人的行走控制由PIC单片机及其相关电路组成。鉴于双足步行机器人是一个复杂系统,故采用模糊控制来提高其控制的精度。经过实际检验,使用模糊控制可以获得很好的控制效果。     

双足步行机器人能量成型控制

为了使双足被动行走机器人的行走步态符合仿生规律,且当路面坡度变化后,迅速进入新的稳定步态行走,提出了角度不变能量成型控制策略.研究了欠驱动双足机器人能量匹配条件和能量成型控制器的求解;由于动能相对于旋转变换不具有对称性,通过在能量成型控制中附加一个辅助控制量,实现角度不变控制.仿真结果表明,该算方法可实现仿生控制,既能扩大吸引域,又改善系统的鲁棒性.     

一种双足步行机器人的步态规划方法

本文介绍了一种双足步行机器人的步态规划方法，以前向运动为例，详细介绍了先分阶段规划然后合成的方法，并讨论了行走过程中的冲击振动问题及减振措施，实验及仿真结果验证了这一规划方法的有效性。     

基于Solidworks的双足步行机器人质心运动分析

对双足步行机器人用Solidworks进行了三维造型,通过利用Solidworks中motion模块对质心在Z轴方向的位移波动范围和运动轨迹进行分析,进而对腿部长短设计进行比较,并在此基础上提出了一种稳定性试验研究方案,为双足机器人稳定性的研究提供了一种新方法.     

无动力双足步行机器人控制策略与算法

本文研究无动力双足步行机器人的建模、分析与控制问题. 基于能量的控制增加了机器人行走极限环的稳定性、鲁棒性, 扩大了极限环的收敛域; 角度不变控制使机器人的稳定行走步态摆脱了地面倾斜角度的限制; 把基于能量的控制与角度不变控制结合起来, 可以实现在不同倾斜角度地面上行走模式的切换. 基于能量的行走平均速度控制方法在平均速度与目标能量之间建立了联系, 能使机器人的行走产生新的稳定步态. 最后, 对无动力双足步行机器人的研究前景做了展望.     

基于深度强化学习的双足机器人斜坡步态控制方法

为提高准被动双足机器人斜坡步行稳定性,本文提出了一种基于深度强化学习的准被动双足机器人步态控制方法.通过分析准被动双足机器人的混合动力学模型与稳定行走过程,建立了状态空间、动作空间、episode过程与奖励函数.在利用基于DDPG改进的Ape-X DPG算法持续学习后,准被动双足机器人能在较大斜坡范围内实现稳定行走.仿...     

Biped walking on level ground with torso using only one actuator

It is well known that a biped robot needs actuators to walk stably on level ground. Till now, a biped robot with torso has needed at least two actuators to achieve this. Would it be possible for this kind of robot to walk on level ground with only one actuator？ This paper responds in the affirmative and proposes a simple control strategy for a planar biped robot with torso. In this control method, there is only one low gain proportional-derivative （PD） controller between the torso and the stance leg, while the swing leg remains totally free. The PD controller utilizes states of both the torso （angle and angular velocity） and the stance leg. The numerical simulations show that, by adopting this controller, a planar biped robot with torso can walk stably on level ground, and that the robot can walk with a wide range of speeds and high energy efficiency by changing the control parameters. Four period-one gaits, one of which is stable while the other three are unstable, are found by simulations. According to the literature surveyed, we are the first to have a torso only driven biped robot walk stably on level ground.     

平面双足机器人虚拟斜坡行走步态生成算法研究

在平面双足机器人上应用虚拟斜坡行走方法设计了具有4个参数的步态生成算法．根据虚拟斜坡行走成立的基本条件研究了步态参数之间的关系,最终将独立参数减少到3个．步态参数具有明确的物理意义,可以实时地、便捷地调节行走速度．在平面机器人Stepper上采用所提出的步态生成算法,实现了1.243.88腿长秒的连续速度切换．     

Development of a Leg Part of a Humanoid Robot—Development of a Biped Walking Robot Adapting to the Humans' Normal Living Floor

The authors are engaged in studies of biped walking robots from thefollowing two viewpoints. One is a viewpoint as a human science. Theother is a viewpoint towards the development of humanoid robots.In this paper, the authors introduce an anthropomorphic dynamic bipedwalking robot adapting to the humans' living floor. The robot has tworemarkable systems: (1) a special foot system to obtain the positionrelative to the landing surface and the gradient of the surfaceduring its dynamic walking; (2) an adaptive walking control system toadapt to the path surfaces with unknown shapes by utilizing theinformation of the landing surface, obtained by the foot system. Twounits of the foot system WAF-3 were produced, a biped walking robotWL-12RVII that had the foot system and the adaptive walking controlsystem installed inside it was developed, and a walking experimentwith WL-12RVII was performed. As a result, dynamic biped walkingadapting to humans' floors with unknown shapes was realized. Themaximum walking speed was 1.28 s/step with a 0.3 m step length, andthe adaptable deviation range was from -16 to+16 mm/step in the vertical direction, and from-3 to +3° in the tilt angle.     

五杆四驱动平面双足机器人动态步态规划与非线性控制

以五杆四驱动的平面双足步行机器人为对象,研究了其动态步行的时不变步态规划和限定时间的非线性控制策略．揭示了其模型的欠驱动和完全驱动的混杂和非光滑动力学特性,推导了其碰撞模型．基于虚拟约束的概念,提出时不变步态的输出函数解析设计方法,设计了反馈线性化控制器,将系统转化为双积分环节．然后采用限定时间控制器在一步内零化输出函数．仿真实验表明,动态步行趋于一个稳定的极限环,实现了规划的行走模式,验证了该方法的有效性．     

Robust Sliding-mode Control of Nine-link Biped Robot Walking

A nine-link planar biped robot model is considered which, in addition tothe main links (i.e., legs, thighs and trunk), includes a two-segment foot.First, a continuous walking pattern of the biped on a flat terrain issynthesized, and the corresponding desired trajectories of the robot jointsare calculated. Next, the kinematic and dynamic equations that describe itslocomotion during the various walking phases are briefly presented. Finally,a nonlinear robust control approach is followed, motivated by the fact thatthe control which has to guarantee the stability of the biped robot musttake into account its exact nonlinear dynamics. However, an accurate modelof the biped robot is not available in practice, due to the existence ofuncertainties of various kinds such as unmodeled dynamics and parameterinaccuracies. Therefore, under the assumption that the estimation error onthe unknown (probably time-varying) parameters is bounded by a givenfunction, a sliding-mode controller is applied, which provides a successfulway to preserve stability and achieve good performance, despite the presenceof strong modeling imprecisions or uncertainties. The paper includes a setof representative simulation results that demonstrate the very good behaviorof the sliding-mode robust biped controller.     

Adaptive Gait Control of a Biped Robot Based on Realtime Sensing of the Ground Profile

In this paper, realtime control of dynamic biped locomotion usingsensor information is investigated. We used an ultrasonic rangesensor mounted on the robot to measure the distance from the robot tothe ground surface. During the walking control, the sensor data isconverted into a simple representation of the ground profile inrealtime. We also developed a control architecture based on theLinear Inverted Pendulum Mode which we proposed previously fordynamic walking control. Combining the sensory system and thecontrol system enabled our biped robot, Meltran II, to walk overground of unknown profile successfully.     

欠驱动两足步行机器人研究现状

针对欠驱动两足步行机器人的研究现状与发展趋势进行了探讨。首先,总结了被动行走和踝关节欠驱动两足机器人的研究现状,介绍了欠驱动两足步行机器人的基本研究方法,包括问题描述、步态规划、运动控制和稳定性判定等,并对欠驱动两足机器人需要进一步研究的问题和发展方向进行深入研究,最终目标是将欠驱动控制策略应用于两足步行机器人的行走过程控制,以提高其运动性能。     

基于deep Q-network双足机器人非平整地面行走稳定性控制方法

针对双足机器人在非平整地面行走时容易失去运动稳定性的问题,提出一种基于一种基于价值的深度强化学习算法DQN（Deep Q-Network）的步态控制方法。首先通过机器人步态规划得到针对平整地面环境的离线步态,然后将双足机器人视为一个智能体,建立机器人环境空间、状态空间、动作空间及奖惩机制,该过程与传统控制方法相比无需复杂的动力学建模过程,最后经过多回合训练使双足机器人学会在不平整地面进行姿态调整,保证行走稳定性。在V-Rep仿真环境中进行了算法验证,双足机器人在非平整地面行走过程中,通过DQN步态调整学习算法,姿态角度波动范围在3°以内,结果表明双足机器人行走稳定性得到明显改善,实现了机器人的姿态调整行为学习,证明了该方法的有效性。