基于ZMP判据的仿人机器人步态模仿

仿人机器人行走稳定性研究是机器人领域一大研究热点,目前主要依据动力学模型规划稳定步态,但依靠步态规划形成的运动模式往往需要复杂的运算,并且机器人的运动形式单一.为实现机器人多样化步态的生成,在模仿学习的框架下对机器人的步态模仿问题展开研究,利用人体行走信息作为示教数据,实现仿人机器人对人体行走过程的模仿学习,在简化运动规划的同时使机器人的运动步态更具多样化与拟人化.为满足机器人在步态模仿过程中的稳定性,基于零力矩点(zero moment point,ZMP)判据补偿质心偏移,利用滞回曲线确定行走过程中支撑脚的切换以实现稳定性控制.基于NAO机器人的模仿学习系统仿真研究结果表明:ZMP判据的引入有效地保证了机器人对人体示教步态模仿的稳定性,基于滞回曲线的支撑脚选取保证了支撑脚切换的平稳.     

具有单目嵌入式视觉的仿人机器人分层控制系统设计

针对仿人机器人的特点,设计了一个具有单目视觉的仿人机器人分层控制系统.通过研究机器人跑步运动的基本原理,在机器人跑步运动中引入手臂摆动姿态,通过最优化跑步过程的总体能效进行步态规划.最后根据FIRA比赛规则,决策系统通过视觉反馈和姿态反馈信息,调用底层动作库,进行短跑运动规划.实验结果表明,该仿人机器人的控制方式效果良好,适合参加竞技类比赛.     

八足仿蟹机器人步态规划方法

为了研究八足仿蟹机器人的步态方法,分析了生物螃蟹的运动特点,对八足仿蟹机器人的步序和步态参数进行了规划研究.通过研究相位因子变化对步态的影响,提出交错等相位波形步态.在满足步态稳定性和速度要求的前提下,计算出最小步足占空比.将能耗比作为步态性能的评价标准,对步态能耗进行分析,当相位因子为0.25时,能量损耗达到最小,而...     

下肢康复训练机器人步态规划及运动学仿真

为满足神经受损患者步行康复训练需要,设计了一种具有四自由度步态机构的下肢康复训练机器人,建立了步态机构正逆运动学解析模型;为使机器人能模拟不同步态为患者提供多种训练模式,根据步行运动特征,给出了以步长,步态周期及步态时相为参数的可调步态规划方法.通过基于Matlab＼Simulink＼SiMMechanics环境下的机构运动学仿真分析,验证了运动学模型的正确性以及步态规划的可行性,说明该四自由度步态训练机器人可以模拟正常人步行时的步态和脚踝运动姿态,满足患者步态训练需要.仿真结果还可用于步态机构的参数优化设计,并为后续人机控制系统研究提供必要数据和研究基础.     

三角步态下六足机器人运动分析

为实现以关节转角和转速的角度分析三角步态下六足机器人的运动,降低运动过程中支撑相足末端相对距离的波动,在仿MorpHex六足机器人虚拟样机的基础上,本文根据运动学理论,推导六足机器人足末端的空间坐标变化规律,通过对三角步态下六足机器人位姿的分析,获得运动约束条件,推导出不同足关节转角关系。以角速度离散化的方法处理足末端位移差,通过Matlab求解离散后各个关节转角速度及离散前后支撑相足末端的相对距离波动,在ADAMS软件中,模拟两种不同环境下六足机器人运动情况,并得到六足机器人的运动位移曲线,通过分析位移曲线,六足机器人关节转角和转速的规划方法可用于虚拟样机。该研究为六足机器人实现简单运动提供理论参考。     

仿蟹机器人横行步态运动稳定性及能耗分析

为提高仿蟹机器人横行步态的运动稳定性、降低系统能耗,本文以规范化能量稳定裕量和能耗比作为步态优劣评价指标,对仿蟹机器人的步序和步态参数进行了规划研究。在动力学分析的基础上,建立了机器人足端脚力的多约束方程,利用伪逆法对机器人各关节力矩进行优化分配,在考虑直流电机的有效功率和热损耗的基础上,构建了仿蟹机器人能耗比数学模型。以多足机器人常采用的等相位步态为例,分析了步行速度、占地系数、步长和机体同侧相邻步行足相位差对系统能耗和稳定性的影响。结果显示:随着机体同侧相邻步行足相对相位的增加,仿蟹机器人的运动效率降低,但稳定性有所改善;在特定的步进速度和步态占地系数下,通过合理选择相对相位能够节省系统能耗20%~30%。     

一种仿人机器人协作运动控制方法

根据仿人机器人协作运动的控制特点,构建2个仿人机器人进行球体搬运协作运动模型,并提出了一种基于二阶锥控制原理的多仿人机器人运动稳定性的控制方法.通过对协作运动过程中各种稳定性进行联合约束,构建二阶锥规划方程,将运动稳定性最优控制问题转换成二阶锥规划方程的优化问题.仿真与实验结果表明,该控制方法可以有效控制仿人机器人的协作运动并确保其稳定性.     

管道内壁四足爬壁机器人的运动学与步态规划

研究用于检测气体绝缘金属封闭开关（GIS）内部的负压吸附管道内壁四足爬壁机器人. 分别对机器人的腿部和机身进行运动学分析,采用改进的牛顿迭代法解决机身正运动学求解困难的问题. 对机器人沿管道轴向和圆周方向的爬壁运动进行步态规划,提出运动过程零冲击的轨迹规划方法. 使用Adams进行运动仿真,并在四足爬壁机器人样机上进行水平和垂直管道的全方位爬壁实验. 结果表明：机器人的运动轨迹与所规划的步态一致,运动过程中速度与加速度无突变,运动平稳,无明显冲击,运动学模型的正确性和所规划步态的合理性得到验证. 在GIS管道的实际检测应用中,实现机器人在不同工况下的平稳爬壁运动与检测.     

仿人机器人的可变ZMP步态规划

为使仿人机器人能够稳定地行走,基于三维倒立摆模型,采用了可变ZMP(Zero-Moment Point)来进行仿人机器人的步态规划.在单脚支撑期依据可变ZMP采规划COG(Center of Gravity)的轨迹,在双脚支撑期内则让ZMP保持低速匀速运动,由此来规划此时间段的COG轨迹.仿真结果验证了规划的合理性,保...     

基于智能空间的三肢体仿生机器人3D运动规划

探讨了一个新颖的三肢体功能仿生机器人在智能空间中的3D运动规划和导航问题．按照实现功能提出机器人平面内运动基本步态,以此基本步态为基础,运用模糊推理得到演化步态用于实现平面间运动．融合智能空间所捕获的环境信息,建立以向量场为基本原理的模糊神经网络模型,通过学习机制训练该网络,应用于动态3D环境的导航和避障．仿真结果证明了该运动规划策略的有效性．     

双足机器人动态上下楼梯的规划与控制

针对双足机器人上、下楼梯时的稳定行走问题,结合机器人动态上、下楼梯的约束条件,规划双足机器人动态上、下楼梯的步态,并提出了相应的稳定性控制策略。其中,机器人侧向平面采用保持机器人质心动态平衡的规划方法,通过调整躯干侧向最大偏移量,实现机器人侧向平面的稳定;机器人前进方向和重力方向采用三次多项式拟合的步态规划方法,通过传感器反馈的躯干姿态角及相应的角速度信息,结合楼梯台阶信息,调整机器人前进方向和重力方向质心的位置,保证机器人运动的稳定性。仿真结果验证了该方法的有效性。     

一种仿人机器人步态优化的新方法研究

利用仿人机器人七连杆模型,建立了机器人姿态的位置向量.先用带参数的五次多项式拟合机器人髋关节的位置曲线,然后用非时间参考变量的方式规划出了踝关节和膝关节的运动轨迹.在机器人步行的稳定区域内,通过遗传算法求得了ZMP点偏离脚掌中心距离的最大值,从而确定了髋关节的参数,实现了仿人机器人步态优化.实验证明该方法有效.     

小型仿人机器人步行稳定控制方法研究

针对小型仿人机器人足部异常着地姿态对步行稳定性的重要影响,提出了一种基于力分布的快速着地柔顺控制方法,使机器人能够根据着地时地面反作用力的分布情况,快速判断足部着地姿态,通过实时调节踝关节实现机器人的快速着地柔顺控制。该方法结合基于零力矩点（Zero Moment Point,ZMP）和身体姿态的平衡控制方法,在运动调节功能的协调下,形成了一个较为完备的小型仿人机器人实时稳定控制体系。     

基于神经网络模型的拱泥机器人控制

拱泥机器人是为打捞沉船的关键工序—水下攻打千斤洞而设计的特种机器人.分析了拱泥机器人在水下泥土环境中受力情况,建立了基于MATLAB的拱泥机器人头部的动力学模型.针对拱泥机器人工作环境的不确定性,将传统PID控制与神经网络相结合,建立了一种应用BP神经网络实现PID参数自整定的自适应PID控制模型.控制器由PID控制器、神经网络NNC和NNI组成.神经网络NNC能够根据拱泥机器人动态特性的变化,自动整定PID参数,从而改善了控制性能.神经网络NNI为NNC提供学习的梯度信息.计算机仿真结果表明该方法是有效的.     

Kinematics Analysis Based on Screw Theory of a Humanoid Robot

A humanoid robot is a complex dynamic system for its idiosyncrasy. This paper aims to provide a mathematical and theoretical foundation for the design of the configuration, kinematics analysis of a novel humanoid robot. It has a simplified configuration and design for entertainment purpose. The design methods, principle and mechanism are discussed. According to the design goals of this research, there are ten degrees of freedom in the two bionic arms. Modularization, concurrent design and extension theory methods were adopted in the configuration study and screw theory was introduced into the analysis of humanoid robot kinematics. Comparisons with other methods show that： 1） only two coordinates need to be established in the kinematics analysis of humanoid robot based on screw theory; 2） the spatial manipulator Jacobian obtained by using twist and exponential product formula is succinct and legible; 3） adopting screw theory to resolve the humanoid robot arms kinematics question can avoid singularities; 4） using screw theory can solve the question of specification insufficiency.     

基于 ANN 的 FMS 故障诊断模型及其学习算法

讨论了基于前馈型神经网络的ＦＭＳ故障诊断模型，并提出一种用于前馈型神经网络训练的改进ＢＰ算法和基于遗传算法的网络初始点获取策略，给出一种通用前馈型神经网络结构和学习参数自整定学习算法，最后应用上述方法建立了基于前馈型神经网络的ＦＭＳ机器人故障诊断模型，并用所提出的新的学习算法对网络进行了学习，与传统ＢＰ算法比较，学习速度较快，且不易陷入局部极小点     

基于Kinect的仿人机器人抓取目标定位

目标定位是仿人机器人实现抓取操作的前提。针对机器人单目视觉容易丢失深度信息,双目视觉难以对缺乏纹理特征的物体获得有效深度信息的问题,提供一种基于Kinect的仿人机器人抓取目标定位系统。首先建立Kinect和机器人坐标系,构建布尔沙坐标转换模型;然后利用线性总体最小二乘(LTLS)算法求解该模型;最后依据Kinect获取的抓取点坐标信息,通过坐标转换将其转换到机器人坐标系:从而实现机器人对目标物体的定位。在仿人机器人NAO平台上对该系统进行实验验证,其结果表明:利用该方法,机器人在一定空间范围内能够可靠的定位目标物体,并且较其单目视觉定位更准确;根据所提供的目标定位系统,NAO机器人实现了对不同物体的抓取操作。     

仿人机器人发展现状及其腰关节的作用

仿人机器人是研究人类智能的高级平台，是综合多种学科的复杂智能机械，其研制和开发涉及到各学科、多方面问题，目前已成为机器人领域的研究热点问题之一．本文对仿人机器人目前的发展现状进行了综述，分析了多种仿人机器人的自由度分布，介绍了具有不同结构特点的腰机构，分析了腰关节在仿人机器人的稳定动态步行、全身协调运动及有情感步行等方面的重要作用．本文还指出了仿人机器人目前的主要研究方向．