仿人机器人概述

１引言现阶段 ,机器人的研究应用领域不断拓宽 ,其中仿人机器人的研究和应用尤其受到普遍关注 ,并成为智能机器人领域中最活跃的研究热点之一。研制与人类外观特征类似 ,具有人类智能、灵活性 ,并能够与人交流 ,不断适应环境的仿人机器人一直是人类的梦想之一。世界上最早的仿人机器人研究组织诞生于日本 ,１９７３年 ,以早稻田大学加藤一郎教授为首 ,组成了大学和企业之间的联合研究组织 ,其目的就是研究仿人机器人。加藤一郎教授突破了仿人机器人研究中最关键的一步———两足步行。１９９６年１１月 ,本田公司研制出了自己的第一台仿人步…     

仿人跑步机器人稳定性与控制策略研究进展

针对仿人跑步机器人稳定性和控制策略的研究现状与发展趋势进行了探讨.首先.分析了仿人跑步模型的固有特性,包括单边约束特性、系统混杂特性和变拓扑结构特性,介绍了基于ZMP(Zero Moment Point)和零化角动量的稳定性判据以及基于庞加莱映射和极限环的稳定性判据,总结了基于轨迹规划的时变控制策略和基于虚拟约束的定常...     

基于解藕合成及ZMP方程的仿人机器人三维步态规划

介绍了一种仿人机器人的新型步态规划方法。将仿人机器人前向步态简化为七连杆模型,侧向步态简化为五连杆模型;然后在Z坐标相等的情况下合成三维步态;最后通过ZMP方程来检验和仿真,并结合实际系统及其运行状况进行分析,验证了所提出规划方法的有效性。     

基于运动相似性的仿人机器人双足步行研究

提出了一种基于人体步行运动相似性的仿人机器人双足步行动作设计方法．改进了人体步行轨迹的参数获取与相似性匹配系统,扩展了相似性函数的适用范围．根据仿人机器人的机械连杆特点定义了步行运动周期中的关键姿势与子相变换,建立了运动学约束方程,并对行走中出现的动态稳定性问题进行了约束．仿真和实体机器人实验验证了该方法的有效性．     

基于一级倒立摆模型仿人机器人控制算法研究

针对仿人机器人步态行走不稳定的问题,以倒立摆为控制对象,建立仿人机器人步态行走数学模型。以仿人机器人姿态角和位移建立双闭环控制系统,采用PID控制算法对仿人机器人姿态角和位移进行调节。以19自由度仿人机器人进行实验验证,表明了所采用仿人机器人步态行走系统PID控制算法的正确性及高精确度。系统响应稳定,超调<0.3%,调节时间<0.2 s,关节输出相对误差最大值为2.25%,可实现仿人机器人稳定的步态行走。     

仿人机器人动态步行控制综述

综述了仿人机器人动态步行的研究历史和研究现状。归纳了动态步行的特点,分析了动态步行稳定性判定方法,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。总结了仿人机器人学习适应复杂地面环境步行的方法,概述了动态步行控制实现的典型解决方案,指出了动态步行控制中待解决的问题,并探讨了未来的发展方向。     

仿人机器人柔性腰部机构研究

仿人机器人腰部的构成对仿人机器人的运动学、动力学性能起着重要的作用．本 文着重分析了目前仿人机器人腰部机构存在的问题，提出了一种具有柔性特征的仿人机器人 腰部设计方案，并分析了此腰部机构对机器人的运动稳定性、操作柔顺性的影响．本设计使 仿人机器人具有良好的柔顺性，提高了机器人与人协作时的安全性、稳定性和抗干扰能力．     

仿人机器人的研究历史、现状及展望

仿人机器人是当前机器人研究领域最活跃的研究方向之一，引起了许多科研工作者的 注意．本文介绍了仿人机器人与其他移动机器人相比的主要优点，对国内外仿人机器人的研 制工作作了综述，并对将来的研究方向和工作重点作出了展望．     

仿人足球机器人射门过程中路径规划算法研究

为了解决仿人足球机器人射门最优路径规划问题,本文提出一种基于模糊算法的移动机器人路径规划策略,使机器人能够高效率踢球射门.利用机器人摄像头感知周围的环境信息,再利用超声波传感器得到与目标物相关的距离信息,运用模糊推理将目标位置信息模糊化,建立模糊规则并求解,最终使机器人可以确定射门的路径,进而采用正向射门或侧向射门动作.     

半自主类人型机器人足球系统的优化设计

目前类人型足球机器人方面的研究还比较少,FIRA也把类人型机器人引入到足球领域不久,各个方面还不成熟,还有很大的发展空间。在这样的背景下,自主设计一个较好的类人型足球机器人系统,并且在实验和比赛中都证明了它的有效性。本文重点以视觉系统和决策系统为研究对象,针对视觉误差提出了一种新的校正方法,可以使误差率很小。针对决策系统,通过常见的决策程序设计框架的研究,提出了一个改进的程序设计框架,并且通过实验和比赛的检验,证明了该改进的程序设计框架的有效性,大大增强了机器人的比赛能力。     

仿人机器人双足行走模型研究

针对仿人机器人双足行走的稳定性问题,引入零力矩点理论,根据稳定行走必须满足地面反作用力位于稳定区域内这个条件,推导出仿人机器人在行走过程中单双腿支撑期的稳定区域面积和稳定裕量。建立2种不同形状的仿人机器人双足模型,在足底和地面间创建一系列接触力,并通过机械系统动力学自动分析软件得到行走过程中足底各个点的受力曲线并进行受力分析,得出合理的双足形状。     

仿人机器人下楼梯的自适应模糊控制方法

针对仿人机器人下楼梯时的稳定行走问题,提出基于虚拟零力矩点的自适应模糊控制方法。按一定约束条件规划各个关节的运动轨迹,利用模糊控制器得到地面反作用力点的位置,根据脚力传感器反馈信息进行适当修正,得到理想关节轨迹。仿真结果证明,该方法具有实时性和有效性。     

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.     

基于参数化最优的仿人机器人倒地运动控制

针对仿人机器人的倒地运动控制,用经典的参数化优化方法求得最优控制函数的一个近似解．然后, 利用参数化控制及强化技术,基于几个分段的常数去逼近最优解,再将最优控制问题转化为一系列参数优化问题． 利用该方法提出了仿人机器人倒地优化控制算法,并与遗传算法进行了比较．最后,通过仿真对算法进行了验证．     

类人足球机器人场上目标识别算法

在比赛过程中类人足球机器人的视觉系统需要对足球、球门以及对阵双方机器人进行识别. 考虑到算法的快速性及有效性,采用基于颜色信息的算法对球及球门进行识别,通过球及球门的颜色阈值提取图片中球与球门可能的位置,再由球与球门的背景色或面积信息确定球与球门的正确位置. 对双方机器人的识别,首先提取机器人的特征,然后通过在线实时的监督学习方法训练一组级联分类器,通过训练好的分类器对双方机器人进行检测. 实验表明算法能够快速有效地识别场上目标,且算法具有较好的鲁棒性.     

基于ZMP的仿人机器人跑步运动模式

采用小车-曲面桌子模型,提出了一种基于零力矩点(zero moment point,ZMP)的仿人机器人跑步运动模式.在单腿支撑阶段和飞行阶段,分别规划了仿人机器人的质心运动轨迹和双脚运动轨迹.在单腿支撑阶段,求解根据小车-曲面桌子模型建立的动力学方程,依据小车的运动轨迹规划出仿人机器人的质心轨迹;在飞行阶段,仿人机器人质心可看作抛物线运动,质心轨迹可通过水平方向上的匀速运动和竖直方向上的自由落体运动轨迹表示.分析了双脚与地面接触时的力及力矩约束.通过改变ZMP调整身体的倾斜角度,保持身体动态平衡.同时根据动力学方程分别求解出踝关节及其他关节的关节力矩.仿真实验结果表明:仿人机器人跑步时各关节角度和关节驱动力矩变化稳定,能够实现稳定的跑步,验证了方法的有效性.     

仿人机器人控制系统的研究与实现

根据仿人机器人控制性能的要求,设计开发了关节控制器,并通过CAN总线把各个关节控制器、力传感器及上位机连接在一起,构成了分布式控制系统．利用无线局域网技术,实现了语音、视频等多媒体信息的传输,把监控台、头部、上身和移动平台连接在一起,构成了仿人机器人完整的控制系统．最后提出了一些设想以提高系统的性能．     

基于关键帧相似性的仿人机器人步态规划

为解决传统步态规划方法运算量大、运行时间长的问题,提出一种基于关键帧相似性的仿人机器人步态规划方法,通过对步态关键帧的相似性度量、髋关节的规划、零力矩点(ZMP)的实时校正,实现仿人机器人曲线行走步态的在线调整,调整后的步态能够较好地逼近实际ZMP曲线。实践结果表明,该方法在降低运算量的同时较好解决了仿人机器人的步态稳定及快速规划问题,并且可以减少步态选择不理想时的时间消耗。