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.     

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.     

融合多传感信息的仿人机器人姿态解算

在RoboCup Soccer仿人机器人比赛中,机体姿态实时解算是仿人机器人运动控制系统的核心技术之一。文中分析了MEMS加速度计、磁强计和陀螺仪性能,以自主姿态测量为前提,融合惯性测量单元中多传感信息,提出了一种基于四元数的姿态解算算法。针对仿人机器人步行姿态控制中传感器数据存在的噪声干扰和测量误差,设计卡尔曼滤波器实现了对数据漂移的有效补偿,从而提高了全姿态检测的测量精度。试验结果验证了该算法对仿人机器人运动控制系统机体姿态实时解算的有效性。     

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。     

考虑关节角加速度约束的仿人机器人偏摆力矩控制方法

针对仿人机器人步行过程中存在的机器人关节角加速度约束影响控制性能的问题，提出一种考虑关节角加速度约束的仿人机器人偏摆力矩控制方法.该方法充分考虑了双臂在摆动过程中对偏摆力矩的影响，根据力矩平衡条件得到需要抵消的偏摆力矩的大小与方向，将偏摆力矩的控制问题转化为带约束条件的二次规划问题，并设计了一种在线变步长迭代算法计算得到优化后的双臂摆动轨迹.实验表明，该方法能有效抵消机器人步行中产生的偏摆力矩，避免控制过程中的"削峰"现象，有效提高机器人的步行稳定性.     

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。     

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。     

多传感器滤波算法下的两轮自平衡机器人控制

文中旨在实现两轮自平衡机器人更加稳定的姿态控制的研究,选择STM32作为开发平台,针对在对两轮平衡车姿态检测过程中存在一定的噪声干扰和测量误差的问题,设计了一种基于卡尔曼滤波的由多个传感器数据融合的方法。在更好地融合了多组陀螺仪与加速度计的数据,同时减少了存储量,得到更准确更稳定的角度值。控制结果表明,卡尔曼滤波方法下的多组传感器数据融合的姿态检测方案,能够更好地有助于系统抑制噪声,使得自平衡机器人的姿态调节更加稳定,更有利于机器人系统的控制。     

基于PC／104与单片机的仿人机器人控制系统设计

为了简化仿人机器人控制系统结构,增强机器人系统的功能.采用PC/104嵌入式系统作为仿人机器的主控计算机,完成图像处理,做出控制决策,计算并生成运动序列.关节控制器选用C8051F310单片机,采用串口与主控计算机通信,接收来自主控计算机的运动序列指令,产生PWM波,经过放大电路,实现21路电机的控制.经过实验,得到图像采集分析结果和仿人机器人稳态步行.实验表明,这种控制系统能够实现仿人机器人的控制.     

卫星的姿态控制研究

卫星等刚体的姿态控制已在空间飞行器以及航天机器人等方面有着越来越广泛的应用。文章针对角速度不确定的卫星姿态跟踪问题,用非线性自适应方法进行控制规律设计。首先建立飞行器的运动学和动力学模型,分析其动力学特性及系统可控性,再基于李亚普诺夫稳定性理论,进行控制规律的设计,采用自适应方法对卫星实现姿态跟踪,仿真结果表明飞行器的姿态和角速度跟踪误差均满足渐进收敛,验证了策略的可行性。     

俯仰/滚转耦合的大角度姿态测量算法

基于加速度计或陀螺仪的测姿方法均存在大角度条件下姿态角误差放大、突变问题。对大俯仰角测量,通过预置欧拉旋转法可确定冗余加速度计的布置方式,降低了俯仰角测量误差。对大俯仰角条件下的滚转角测量,提出基于角速率阈值判定的陀螺解耦测姿算法。当俯仰角速率大于设定阈值时,采用角速度投影可钳制滚转角误差的漂移;当俯仰角速率小于设定阈值时,采用角速度积分可避免角速度投影造成的姿态误差放大。通过理论推导、分析和仿真,预置欧拉旋转法能有效避免大俯仰角条件下俯仰角姿态误差放大,陀螺解耦测姿算法能在振荡环境下长时间保持滚转角精确度。     

大攻角下基于信息融合的攻角/侧滑角估计方法

攻角和侧滑角是飞控系统和导航系统的重要参数。针对高性能飞行器在大攻角飞行时攻角和侧滑角不能精确测量问题,引入飞行动力学模型,选取姿态、姿态角速率、气流角和速度等飞行参数作为状态向量,以惯性导航系统提供的姿态、姿态角速率、加速度组成观测向量,构建扩展卡尔曼滤波器,融飞行动力学模型求解和状态估计的过程为一体,实现攻角和侧滑角实时精确估计。利用X-Plane系统的飞行仿真数据对攻角/侧滑角估计方法的可行性和有效性进行了验证。仿真结果表明,该方法不仅具有较高的精度、良好的稳定性和鲁棒性,而且可提高大气数据系统的测量范围和可靠性,能够有效地适用于大攻角飞行环境下攻角和侧滑角的测量。     

Gait Synthesis and Sensory Control of Stair Climbing for a Humanoid Robot

Stable and robust walking in various environments is one of the most important abilities for a humanoid robot. This paper addresses walking pattern synthesis and sensory feedback control for humanoid stair climbing. The proposed stair-climbing gait is formulated to satisfy the environmental constraint, the kinematic constraint, and the stability constraint; the selection of the gait parameters is formulated as a constrained nonlinear optimization problem. The sensory feedback controller is phase dependent and consists of the torso attitude controller, zero moment point compensator, and impact reducer. The online learning scheme of the proposed feedback controller is based on a policy gradient reinforcement learning method, and the learned controller is robust against external disturbance. The effectiveness of our proposed method was confirmed by walking experiments on a 32-degree-of-freedom humanoid robot.     

两轮自平衡电动车

分析了测量角度和角速度传感器的选择,通过Atmega16单片机多路信号AD采集陀螺仪和加速度计的信号,经过Kalman滤波算法计算动态的角度和角速度,通过LCD1602显示角速度和角度的值、转向值。利用PID控制算法控制自平衡车的平衡状态,使车体在平衡位置稳定。利用大功率MOS管设计驱动电路,通过单片机有效地控制电机的转速、电机的转向,从而有效地控制自平衡车的前进、后退及转弯功能。     

基于STM32的两轮自平衡小车控制系统设计

介绍了一种采用STM32F103C8T6单片机和数字运动传感器MPU-6050等设计的两轮自平衡小车。并利用卡尔曼滤波器算法融合陀螺仪和加速度计信号,计算出小车倾角和角速度的最优估计值,利用数字PID算法控制驱动电机的PWM信号实现两轮小车的自平衡控制。实际测试表明,设计的两轮小车可稳定地实现自平衡控制及简单的遥控运动功能。     

基于惯性导航的扫地机器人系统设计

针对扫地机器人行进中姿态控制难和无规划式清扫等问题,设计了一种以STM32F030R8T6微控制器为主控制器,以单轴陀螺仪GGPM01为姿态角检测传感器及以弓字形清扫方式为路径规划法的扫地机器人系统。因陀螺仪数据存在随机误差和噪声干扰,故采用卡尔曼滤波算法对陀螺仪和光电编码器数据进行融合,计算出机器人当前的偏航角最优估计值。再以最优偏航角和机器人速度为反馈量构成串级比例、积分、微分(PID)控制,实现机器人的直线行驶,最后采用弓字形算法实现路径规划。通过系统的仿真及软件测试,机器人以10.2～12.6 m/min的速度完成弓字形路径规划,最大角度偏移量为0.4°,验证了扫地机器人的功能特性及算法的有效性。     

Research on point stabilization of a wheeled mobile robot using fuzzy control optimized by GA

A point stabilization scheme of a wheeled mobile robot(WMR)which moves on uneven surface is presented by using fuzzy control.Taking the kinematics and dynamics of the vehicle into account,the fuzzy controller is employed to regulate the robot based on a kinematic nonlinear state feedback control law.Herein,the fuzzy strategy is composed of two velocity control laws which are used to adjust the speed and angular velocity,respectively.Subsequently,genetic algorithm(GA)is applied to optimize the controller parameters.Through the self-optimization,a group of optimum parameters is gotten.Simulation results are presented to show the effectiveness of the control strategy.     

Real-Time Planning of Humanoid Robot's Gait for Force-Controlled Manipulation

This paper proposes a new style of manipulation by a humanoid robot. Focusing on the task of pushing an object, the foot placement is planned in real time according to the result of manipulation of the object. By using the impedance control of the arms, the humanoid robot can stably push the object regardless of the mass of the object. If the object is heavy, the humanoid robot pushes it by walking slowly and vice versa. Also, for planning the gait in real time, we propose a new analytical method where a newly calculated trajectory of the robot motion is smoothly connected to the current one. The effectiveness of the proposed method is confirmed by simulation and experiment