一种基于反作用力的仿人机器人ZMP建模与测量

"零力矩点"是判定仿人机器人动态稳定运动的重要指标.本文根据零力矩点的概念,利用机器人车体的几何及动力学关系,建立基于反作用力的正交轮式移动仿人机器人的零力矩点模型;提出了基于电流传感器、电机编码器等传感器的零力矩点的实时测量方法,并给出了该方法的结构框图.由于轮式移动仿人机器人与地面呈点式接触,难于安装力传感器,所以这种方法尤其适用于轮式移动仿人机器人.     

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.     

两足机器人步行运动参数对单足支撑期ZMP点影响的研究

在两足步行机器人的研究中,一般将零力矩点(ZMP点)的位置与支撑范围的关系作为判别其步行稳定性的依据.提出一种通用的方法,来分析两足机器人的步行运动参数对ZMP点位置的影响,并通过对机器人单足支撑期运动的计算机仿真,试图得到步行运动参数的变化对稳定性影响的规律,以期对机器人动态步行的稳定性设计提供实用的参考.     

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。     

气压式仿人机器人的腰部设计与运动仿真

提出了一种新型的气压式仿人机器人腰部机构,它具有结构简单和运动稳定的特点。气压式仿人机器人腰部的运动受到手部、头部和腿部等关节力矩的影响。在对机器人进行简化之后,依据高效-欧拉算法,对该仿人机器人进行整体建模,导出腰部俯仰和侧转关节的动力学模型。从动力学上分析,机器人腰部手部和腿部的运动以及外力(矩)等的影响。在Pro/e3.0上建立仿人机器人腰部结构模型,然后导入ADAMS中进行动力学仿真研究,验证了该模型的正确性。     

仿人机器人理论研究综述

介绍了国内外仿人机器人最新发展动态。主要从理论研究方面对仿人机器人技术研究进行了综述和分析,最后对将来的研究方向和工作重点作出了展望。     

仿人机器人上下肢摆动规律研究

研究了仿人机器人上下肢摆动参数对步行能耗的影响,进而提出了实现仿人机器人低能耗行走的肢体摆动策略。通过将四肢抽象成单摆,建立了机器人的简化模型,据此求解机器人行走时所受的转身力矩;用非小角度假设情况下单摆摆角的近似解来描述四肢摆动角的变化规律,并分析了步行运动时的能耗机理,给出了简化模型下计算功耗的方法。以某仿人机器人模型为算例,研究了肢体摆动频率对机器人行走功耗的影响;提出了在给定行走速度时,保证机器人转身力矩在一定范围内变化的前提下,省能量的上下肢摆动幅度/频率的规划策略。仿真计算表明,采用文中提出的肢体摆动规律有利于降低仿人机器人的行走功耗。     

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。     

轮式移动仿人护理机器人运动稳定性分析

针对护理机器人腰臂配合抱起病人时容易发生倾翻和侧滑的问题,以自主研发的全方位移动仿人护理机器人为研究对象,从静态和动态两个方面研究机器人此阶段的运动稳定性。在没有负载或低速运动工况下,利用重心投影法,分析其静态稳定性;在有负载变化情况下,利用零力矩点理论并结合递归牛顿-欧拉算法,分析其动态稳定性。最后运用ADAMS仿真软件对护理机器人运动过程进行仿真分析,为确保护理机器人的运动稳定性提供理论依据。     

基于人体动作姿态识别的机器人仿人运动*

以关节式机器人为对象,进行机器人仿人运动研究。从人体动作姿态识别、人-机动作映射、机器人运动控制等方面,详细阐述机器人仿人运动算法。提出人体动作姿态识别方法,利用Kinect传感器捕获人体运作的关节点位置信息,在建立人体基准坐标系的基础上,为了得到描述肩、肘运动的动作信息,计算人体手臂动作的关节角度,实现人体动作姿态的识别。在分析人体肩、肘等关节和机器人机构差异性的基础上,建立人体手臂与四自由度机械手臂的人-机动作映射规则。针对机器人自由度较少,无法完全复现人体运动的情形,分析、比较不同控制策略的优缺点和适用性,寻求适合机器人操作的复现控制策略。关节式机器人接收运动控制指令,执行相应的关节运动,从而实现机器人仿人运动。相关试验验证了人体动作姿态识别和机器人仿人运动控制算法的有效性。研究成果对于提高机器人控制和操作的简单易用性、提高人机交互能力具有借鉴意义,对于扩展机器人应用领域具有实践意义。     

小型双足机器人拟人步态建模与行走仿真研究

步态仿真是双足机器人设计技术的重要环节之一.针对现有步态仿真存在二维仿真不够直观、三维联合仿真会带来链接失败和数据转换丢失等问题,从简化仿真流程和增强仿真视觉效果出发,提出了仅运用三维软件UGNX完成一种小型双足机器人步态的三维仿真.参照该物理样机构型,首先建立了双足行走机构的运动学模型.通过对拟人步态的合理规划,将直行动作分解为10个子动作,以实现序列动作的连续仿真.由于机器人行走时无固定支撑点,通过对脚底板与虚拟环境间添加接触约束和摩擦力,建立了UGNX环境下虚拟样机,最终完成拟人步态的运动学仿真.仿真结果与现场实验对比表明,采用三维软件UGNX进行双足机器人步态建模与行走仿真研究具有较强的可行性.     

基于CPG的仿人机器人运动控制方法及研究进展

对基于CPG的仿人机器人运动控制方法的仿生学基础及控制原理、特性进行了阐述,并从控制模型、控制体系、参数调节、与其它控制器的联合几个方面对该方法的研究进展进行了分析和总结,对其发展趋势进行了展望.     

利用3DSMAX实现拟人机器人动画仿真

效果良好的三维动画仿真可为似人机器人的步态规划、运动学分析以及控制等方面的研究工作提供形象逼真的可视化结果，在目前众多能够实现动画仿真的软件工具中，使用3DS MAX具有模型美观逼真、操作简单、易于改变观察视角等诸多优势，但目前论述该方面内容的文献却并不多见。这里就如何利用3DS MAX实现拟人机器人动画仿真以及该法的优点进行了较为详细的阐述。     

四足机器人的爬-站运动模式转换研究

为了提高四足仿生机器人的运动协调性和环境适应性,提出了一种基于仿生原理和零力矩点(ZMP)稳定判据的控制方法,实现了四足机器人的爬-站运动模式转换运动。首先,根据正常人由爬姿到站姿的躯干和四肢运动过程,规划了四足机器人"Babybot"爬-站运动模式转换的过程;然后,基于静平衡原则,利用多变量目标函数寻优的方法,确定了机器人爬-站运动模式转换过程中的关键姿态;最后,基于ZMP稳定判据,通过线性插值实现了机器人关键位姿之间的平稳过渡,并对其爬-站运动模式转换进行了动力学仿真,结果显示"Babybot"机器人用时9.5 s完成了从四足爬行到双足站立状态的平稳转换。研究结果表明,提出的基于仿生原理和ZMP稳定判据的轨迹规划方法在实现四足仿生机器人爬-站运动模式转换方面具有一定的有效性,也为四足仿生机器人实现高性能运动提供了一定的参考依据。     

双足机器人的动力学分析与仿真

根据对双足行走机器人的结构和步行步态的分析,将其简化为七连杆机构,并建立了运动学和动力学方程,在设定的双足机器人行走步态条件下,计算出其运动过程中各关节的运动轨迹及所需扭矩,并对其步行时步态的稳定性和各个关节扭矩进行了分析和比较,揭示了双足机器人行走时各关节所需扭矩之间的配比关系。     

一种仿人机器人头部的机械结构设计与动态仿真

仿人头部的机械结构设计一直以来都是仿人机器人设计的重点和难点.由于头部空间狭小,运动机构较多,需要在有限的空间里完成相对复杂的结构设计且各运动之间不允许干涉.针对这些问题,主要介绍了一种基于Pro/E的仿人机器人头部结构设计,按照真人尺寸完成了机器人头部的虚拟装配和静态情况下的干涉检验,对机构的运动形式进行了动态仿真分...     

Dynamic stair walking of biped humanoid robots

Biped humanoid robots are expected to move around human-centered setting that includes stairs as a major terrain. Reportedly, however, only few of them can walk up and down stairways as of now. Making it worse, even the successful ones carry out such motions either barely in terms of speed or fast enough but in an undisclosed technical manner. In this context, a dynamic gait pattern is proposed anew suitable for stair walks along with a transient pattern and verified by means of a multi-body dynamics analysis software.     

拟人机器人头部研究综述

拟人机器人头部是拟人机器人的重要组成部分,是拟人机器人拟人化程度最直观的标志.它能给人以亲切感,消除了人与机器人之间的心理障碍,有助于提高其社交能力.拟人机器人头部集成了听觉、视觉、嗅觉等功能,是拟人机器人认知外界环境、实现与人无障碍交流的重要感知系统.目前,众多研究学者对拟人机器人头部从形似和功能方面进行了深入研究.本文详细总结了国外拟人机器人头部的研究概况,分析了其功能组成及设计要求,并展望了拟人机器人头部研究的发展趋势.     

类人机器人腰部关节平衡作用研究与仿真

在双臂协调行为的研究中,对于类人机器人不仅涉及到双臂避碰、协调运动的轨迹规划等问题,还涉及到双臂动作时对身体ZMP的影响。当类人机器人搬动物体或执行其他工作时,由于身体质心的变化或者是质心加速度的变化对原来的运动平衡性造成影响。因此,我们在双臂协调的行为研究过程中,不得不考虑上体运动对身体ZMP的影响。这里通过调整腰部关节角度实现机器人在搬动物体时的静力学平衡,分析了通过腰部关节力矩调整实现机器人动平衡的方法,并给出了类机器人双臂搬运物体移动的仿真实例。