两足步行椅机器人的稳定性控制

对两足步行椅机器人的人在环中的控制系统的稳定性控制进行了初步研究,对这种系统的特殊性进行了分析。运用零力矩点（ZMP）的稳定判据方法研究了步行椅机器人行走过程中乘客移动对系统稳定性的影响,对影响系统稳定性的乘客摆动角、角速度及角加速度参数进行了仿真实验和分析,在此基础上研究了机器人对乘客的不稳定因素的补偿性控制并进行了仿真实验。实验结果表明,在实时控制中增加对乘客的位姿控制,可以在尽量减小步态调整幅度的同时很好地保证系统的稳定性。     

基于多传感器信息的双足机器人步行系统的研究

提出了一种基于多传感器信息和实时修正算法的双足机器人分级递阶行走控制结构。在系统设计中,充分考虑零力矩点（ZMP）稳定性规则以及机器人行走时所受的其它物理性约束条件。为提高机器人对不平整路面的鲁棒性和克服系统建模误差,行走控制系统中采用了鲁棒地面反力控制器和基于地面反力最优规划的姿态控制策略。     

类人型机器人动作情感识别研究

目的 为优化人与机器人动作情感交互方式,研究类人型机器人动作单模态情绪表达的可识别性,探究类人型机器人动作情绪识别的影响因素。方法 以类人型机器人NAO为例,采用问卷调查的方式,基于离散情绪模型,获取机器人NAO动作表达情绪的识别性、效价和唤醒度,研究类人型机器人动作的情绪识别性、效价和唤醒度,基于认知匹配理论研究类人型机器人动作与真人模拟动作、真人自然动作情绪表达差异的影响因素。结果 人类能够通过类人型机器人动作的单模态情绪表达,在不同情感语义上进行比较细腻的情绪识别,机器人形态及动作的幅度、速度、力量是情绪识别的影响因素。结论 建立类人型机器人动作与情感语义、效价及唤醒度的关系模型,以及类人型机器人动作情绪能量图,为机器人情感表达和动作交互设计提供较为系统的参考模型。     

仿人机器人基本运动规划研究

仿人机器人步态规划运动的基本规律和运动过程中的稳定性国内外很多研究者做了详尽的分析,尤其是基于重心ZMP点调整的仿人仿人机器人步态得到普遍的研究.结合国内外研究方法的优缺点,基于目前ROBONOVA-1仿人型仿人机器人的结构设计和传感器系统的实际情况,对仿人机器人慢速前进后退,主要采用基于重心的步态规划方法进行研究。     

基于LMI方法的机器人系统分散鲁棒控制

提出一种基于线性矩阵不等式（LMI）的机器人系统分散鲁棒控制廉洁,首先以PUMA562机器人第四,五关节为被控对象,分别以其位置和速度为状态变量,建立状态空间模型,然后应用分散H∞控制的迭代LMI方法进行机器人系统的分散鲁棒控制器设计,仿真和实际结果表明本文提出的方法是非常有效的。     

带躯干变刚度双足机器人的周期行走控制

研究了带躯干双足机器人平面稳定行走控制问题。改进传统的弹簧-质点模型,得到带躯干的双足机器人模型,通过控制髋关节施加力矩和改变弹簧腿的刚度,使得系统收敛到期望步态。针对系统模型的非线性和强耦合特征,采用反馈线性化方法将系统的动力学模型转化成线性系统,采用PD控制和P控制对机器人的躯干倾角和髋关节轨迹进行整体控制。在理论分析的基础上,对控制方法进行了数值仿真研究。仿真结果表明:该文采用的反馈线性化和变刚度控制方法可以实现带躯干双足机器人的稳定行走;与基于时间轨迹的控制方法相比,该文基于空间轨迹的控制器对各种外力干扰具有良好的抵抗能力;控制器对躯干的倾角变化具有适应性;当模型不确定时控制器表现出优异的鲁棒性。     

基于反演设计的码垛机器人神经网络自适应控制

为了降低机器人系统中各种不确定因素对控制系统的影响,提出了自适应神经网络反演控制方法。该控制方法基于反演设计方法,解决了系统的非匹配不确定性;引入了神经网络自适应控制律和鲁棒控制律,并适当调整控制器参数,实现了无需机器人精确模型信息的控制,也保证了系统的稳定性和收敛性,满足了机器人系统的控制要求。仿真实验验证了该控制方法的有效性。     

双足机器人稳定性与控制策略研究进展

对双足步行机器人的稳定性与控制策略的最新研究进行了综述.分析了双足步行模型的单边约束、混杂,及变拓扑的固有特性,介绍了基于ZMP的姿态稳定判据和基于庞加莱映射(Poincaré Map)的步态稳定判据.根据质心和ZMP与支撑凸多边形的关系,提出了双足运动的动态程度分类.总结了基于轨迹规划的时变控制策略与基于虚拟约束的定常控制策略,分析了各自的优缺点.最后探讨了这一研究领域的发展方向.     

蛇形机器人抬头运动分析

蛇形机器人需要抬头运动来获得环境信息。本文将蛇形曲线的蜿蜒运动步伐函数作适当改进后应用到蛇形机器人的抬头运动中,实现了蛇形机器人的动态抬头规划,并建立了动力学方程,对抬头运动的动力学作了分析。对抬头过程中ZMP的分析证明了运动规划的有效性。最后用仿真和实验验证了所提出的理论。     

基于避障区域的足球机器人路径规划方法

提出了一种基于避障区域的机器人运动路径的规划方法,并通过仿真实验验证了这种方法的有效性。仿真结果表明,该方法很好地实现了机器人避障,而且与其他方法相比有如下优点：（1）通过划分避障区域,极大地减少了计算量;（2）采用解三角形的方法判断机器人是否处于避障区内,方法简单有效;（3）通过定义两个集合和在其上的两种运算来构造网格,方法简单可行。     

基于智能体的仿人机器人分层控制系统

提出了基于智能体的仿人机器人分层控制思想,构建了由主控层、通信层和执行层三部分构成的仿人机器人分层控制系统.机器人执行层分为多个独立的智能体,每个智能体具有控制器、必要的传感器和关节驱动器,机器人的伺服控制由这些智能体实现.这样整个系统能够充分发挥智能体的反应性、自治性、预动性和社会性等特性,不仅可以直接处理原始传感器数据,而且可以单独或通过多个智能体之间的协调直接对机器人的一些异常情况进行处理,如机器人遇到障碍物、机器人连杆臂碰撞等,可以提高仿人机器人的稳定性和实时性.实验结果表明,相比传统的分布式控制系统,采用基于智能体的分层控制系统可以提高机器人的稳定性和实时性.     

仿人型服务机器人双臂动作示教及评估研究

目的 基于自主研发的仿人型双臂服务机器人,研究体感示教及动作再现技术,并评估机器人拟人动作的合理性.方法 首先根据机器人的构型,利用D-H法对机器人进行运动学建模.然后设定6种日常生活中常见的人体上肢动作,利用Kinect V2动作捕捉设备获取真人演示动作数据,将臂形角作为冗余量进行运动学逆解,求得机器人所需关节角,使机器人能够复现人体动作.之后基于恐怖谷理论,结合层次分析法和语义分析法,提出评估方法,评估机器人复现的动作.结果 机器人以拟人的姿态复现了人体示教动作,评估结果显示,不同类型的动作会让受试者产生不同的心理感受.结论 对于仿人型双臂服务机器人而言,体感示教是一种自然高效的示教方式,由此产生的行为符合用户心理预期,为服务机器人融入日常生活提供了理论依据.     

柔性仿人机械臂设计与动力学仿真

为优化仿人机器人手臂设计,基于Jourdain变分建立了刚柔耦合动力学模型;通过假设模态法对动力学方程进行解耦;编写了自适应变步长求解算法;在ADAMS虚拟样机和MATLAB上对水平面内的柔性手臂运动进行了仿真,人体手臂的运动仿真在虚拟样机进行．以人体手臂运动为参考,对比分析了变截面和等截面手臂的柔性变形,比较6种不同材质手臂运动中的末端横向变形量．仿真结果表明：等截面的仿人手臂运动可以近似等效为人体手臂的运动;柔性仿人手臂末端轴向变形量远小于横向变形量,对要求不高场合可以适当忽略柔性手臂的轴向变形;ABS材质的仿人机器人手臂柔性和人体手臂较为接近;改变ABS材质手臂的截面高度,可使得仿人手臂末端柔性和人体手臂一致,且振动主频和人体手臂固有频率不同．     

Methods for the Construction and Realization of a Humanoid Robot's Simulation Platform

This paper proposes a method of humanoid robot data structure definition based on the characteristics of a graph with tree structure. It applies the depth-first search algorithm to traverse and uses screw theory and chain of multiplication to describe the robot's postures. The platform references zero moment point theory as the stability constraint of the robot's dynamic walking and plans the gaits accordingly. It also realizes the visualization of motion control. This study provides superior means and methods to the evolution of a humanoid robot.     

IoT-based networking for humanoid robots

Abstract

In this paper, a new network communication approach, named real-time network (RTNET), is designed and implemented for humanoid robots. The proposed five network objects – alarm, condition, message, mail, and file are used to represent the task and priority of the communication data. Compared to the existing protocols, the network scheduling mechanism of RTNET arranges, more efficiently, the priority and flow control of the five network communication objects to meet real-time requirements for the limited bandwidth of the local area network. RTNET can be further integrated with other protocols, such as EtherCAT or controller area networks (CAN Bus) for local control systems, e.g. robot arms, to improve the communication mechanism. The RTNET can also be used over Ethernet to connect each subsystem and to exchange information among those systems. Also, an Internet of things (IoT) network structure based on RTNET is proposed in this paper. The information of each subsystems is collected through RTNET and users can access all components in the IoT network. In this paper, the concept of RTNET is presented and RTNET has been implemented on a National Taiwan University (NTU) humanoid robot control system with CAN Bus.     

强混响条件下基于广义互相关的声源定位算法改进

针对特定声场环境,提出了一种强混响条件下基于广义互相关的声源定位算法的改进措施,即利用混响成分中包含的声源位置信息,提高声源定位的正确率。混响与噪声是影响声源定位的两个主要因素。目前声源定位的主要方法都是以降低信号中混响与噪声成分为目标的,如波束成形、空间谱估计以及到达时间差法等。其中,基于广义互相关的声源定位算法属于到达时间法的常用方法,具有实时性强与高鲁棒性的优势。本文采用镜像源模型对室内环境进行建模,分析声源到双麦克风的传播路径,利用混响中存在的声源位置信息剔除错误定位结果,从而提高定位正确率。最后,利用蒙特卡洛法对本文提出的方法进行验证,结果表明:该算法提高了强混响低信噪比条件下的声源定位正确率。     

Walking biped humanoids that perform manual labour

The Humanoid Robotics Project of the Ministry of Economy, Trade and Industry of Japan realized that biped humanoid robots can perform manual labour. The project developed humanoid robot platforms, consisting of humanoid robot hardware and a package of fundamental software, and explored applications of humanoid robots on them. The applications include maintenance tasks of industrial plants, teleoperation of industrial vehicles, cooperative tasks with a human, guarding the home and office and the care of patients in beds.     

DARPA Robotics Grand Challenge Participation and Ski-Type Gait for Rough-Terrain Walking

In this paper, we briefly introduce the history of the Defense Advanced Research Projects Agency(DARPA) Grand Challenge programs with particular focus on the 2012 Robotics Challenge. As members of team DRC-HUBO, we propose different approaches for the Rough-Terrain task, such as enlarged foot pedals and a transformation into quadruped walking. We also introduce a new gait for humanoid robot locomotion to improve stability performance, called the Ski-Type gait. We analyze the stability performance of this gait and use the stability margin to choose between two candidate step sequences, Crawl-1 and Crawl-2. Next, we perform a force/torque analysis for the redundant closedchain system in the Ski-Type gait, and determine the joint torques by minimizing the total energy consumption. Based on the stability and force/torque analysis, we design a cane length to support a feasible and stable Crawl-2 gait on the HUBO2 humanoid robot platform. Finally, we compare our experimental results with biped walking to validate the SkiType gait. We also present our team performance in the trials of the Robotics Challenge.     

A vertically intersected dual-axis modularized reconfigurable actuator: design and application for a six-axis humanoid robot arm

A vertically intersected dual-axis modularized actuator system (DAMA) is developed and applied to a six-axis humanoid robot arm in this article. The DAMA consists of a two independent joint system, and the system structure is further refined using finite element analysis. It will be shown that the novel DAMA modular system can be used to easily construct a mechanism with any degrees of freedom. In other words, a modular or reconfigurable system can be achieved using the DAMA module. Based on simulations with ADAMS and MATLAB software packages, the system dynamic properties can be observed. In addition, the hardware and software systems of the DAMA are developed. The hardware architecture is composed of a microprocessor, an RS-232 to CAN bus module, and two independent-joint controller modules. The software control system is written in Visual C++. The system employs a simple but effective PID scheme to independently control the DAMA's two joints. The experimental results show that for an S-curve and circle trajectory input position command, the DAMA and the six-axis humanoid robot arm, which is formed by the DAMA module, can track the command well. Hence, the DAMA can be used as a generic module for multiple-degree-of-freedom systems.