一种获取骨盆左右运动轨迹模型的方法

针对目前有关人体步态运动的研究现状,提出了一种获取人行走过程中骨盆在左右方向运动轨迹数学模型的新方法．介绍了骨盆三维运动轨迹检测系统的测量原理与数据处理方法,对30名健康男性青年行走过程中骨盆的运动轨迹进行了实验研究．通过高次多项式拟合去除测量误差,运用最小二乘法获取各运动参数的函数表达式,最终得出了骨盆在左右方向运动轨迹的数学模型．该模型可以应用于计算任何健康男性青年以正常速度自然行走时骨盆在左右方向应该具有的运动规律和相关参数,这在康复评定、人机工程等诸多领域具有重要的应用价值．     

绳索牵引并联康复机器人的建模与控制

针对在康复训练过程中如何协调控制患者的骨盆运动轨迹问题,设计了一种绳索牵引并联康复机器人.在对机器人进行运动学和静力学分析的基础上,利用牛顿-欧拉法建立了机器人的动力学方程.在给出力分解模型的基础上,提出了一种力/位并行控制策略:位置环和力环分别用于实现患者骨盆运动轨迹和绳索张力大小的控制.最后对机器人控制系统进行了仿真分析,仿真结果表明,该控制策略不仅能满足对轨迹跟踪要求,而且具有很好的鲁棒性.     

双足机器人结构设计与步态规划

为了增强机器人的行走效率,使机器人的步态更自然,且具有良好适应复杂路况的特点,设计了一款双足机器人研究平台,并建立双足机器人行走机构的运动学模型,同时对机器人的前向运动进行了步态规划,从而提高了机器人运动过程中的稳定性.采用三次样条插值方法得到机器人各关节的平滑运动轨迹.     

绳索牵引康复机器人的动力学建模与控制

针对在康复训练过程中如何协调控制患者的骨盆运动轨迹问题,设计了由4根绳索牵引的三自由度绳索牵引并联康复机器人.基于力/位混合控制的思想,利用牛顿-欧拉法建立了绳索牵引康复机器人的动力学模型.以轨迹控制为目标,用计算力矩法设计了基于刚性模型的位置控制器,就绳索的刚度对机器人系统性能的影响进行了仿真分析;以刚度控制为目标,推导了机器人系统的刚度矩阵,并对康复机器人进行了仿真验证.理论分析和仿真结果表明,系统的刚度与绳索的张力有关,调整绳索的内张力可以改变系统刚度,实现对机器人系统的柔顺性控制.     

助行训练机器人骨盆位姿控制机构动力学研究

为了辅助病人完成行走训练,提出了一种助行训练机器人骨盆位姿控制机构.根据该机构的原理简图和各杆件的受力,利用牛顿定律分别建立了各杆件的动力学方程.基于联立约束法建立了骨盆位姿控制机构的动力学模型,并根据骨盆位姿的运动规划完成了动力学仿真分析,得到了机构的驱动力(矩)曲线和各杆件的加速度曲线.仿真结果表明,该骨盆位姿控制机构能够实现人体骨盆的位姿控制,动力学仿真可以方便地获得机构的运动参数.该研究为实现助行训练机器人的控制及性能改进提供了理论依据.     

基于NAO机器人的目标识别与运动控制

为了让NAO机器人能准确行走至目标位置,针对NAO机器人在目标识别中存在的坐标精度问题,搭建了基于NAO机器人的目标识别行走系统。在NAO机器人目标定位与行走实验中,采用单目视觉定位算法来确定目标位置,并在改变NAO机器人与目标的相对位置后进行了多次测量;通过坐标的误差补偿,使目标位置的坐标误差缩小至2cm左右,满足了精度要求。     

崎岖地形环境下四足机器人的静步态规划方法

为了使四足机器人能够通过姿态调整提高其自身的地形适应性,给出了机器人姿态调整角的计算方法。四足机器人在行走过程中通过躯干的摆动增加稳定裕度,并使用五次曲线对躯干运动轨迹进行规划,保证了整个运动过程的连续性。另外,为克服机器人无法获取地形信息的不足,规划了一种矩形摆动足足底轨迹。仿真实验结果表明:使用提出的静步态规划方法,四足机器人可以在未知地形信息的情况下,实时、自主、稳定地通过复杂度较高的崎岖地形。     

柔性蠕动管道机器人的力学特性分析

为提高对管道复杂环境的适应性,实现机器人平稳、可靠行走,对柔性蠕动管道机器人进行了结构优化设计和力学特性分析.该机器人由前机体、导向头、后机体、柔性弹簧轴和行走轮组成,在管道中可实现蠕动行走,并能在一定范围内自主适应管道内径和形状的变化.通过机器人运动特性分析,对机器人在管道内行走时的支撑力、行走牵引力及通过弯管时的受力进行了分析,并分别建立了数学模型.根据机器人驱动力和阻力的分析结果,推导了机器人蠕动行走的条件.搭建了实验测试平台,对机器人进行实验的结果证明了设计和分析的有效性.     

基于改进神经网络的机器人逆解与轨迹精度提高方法

为了提高工业机器人的逆解精度与运动轨迹精度,提出了一种基于改进神经网络的机器人逆解与轨迹精度提高方法.首先通过改进遗传算法的交叉和变异概率优化BP神经网络来提高机器人的逆解精度;然后采用改进Sigmoid函数的神经网络PID控制方法实现机器人的运动轨迹控制,进而提高机器人的运动轨迹精度.构建了机器人轨迹精度测试实验系统...     

绳索牵引康复机器人运动误差及仿真分析

绳索牵引康复训练机器人具有柔顺性好的特性,满足人与机器人在同一物理空间时安全性的要求.通过绳索牵引控制骨盆的运动规律,使其与下肢步态运动相协调,同时提高受训者稳定能力.为满足训练效果,需保证骨盆运动精度,由此分析了绳索牵引康复机器人影响骨盆运动精度的因素,即绳索本身的弹性和绳索过轮的半径.依建立的绳索牵引康复机器人模型,得到绳索拉力的表达式,导出系统正逆运动学和动力学方程.分析了在弹性范围内绳索具有的拉伸刚度,明确其对骨盆运动精度的影响;通过不同位置时绳索变化量的方法证明了绳索过轮半径对骨盆运动精度的影响.利用MATLAB的建模仿真,分析了2个因素对骨盆运动精度的不同影响规律,提出了改进方法,得出减重外力对垂直轴加速度误差的影响.该分析为骨盆的控制做准备,同时具有普遍性,可为其他绳索牵引系统提供参考作用.     

一种类人型机器人的步行稳定性研究

类人型机器人行走稳定性的理论对机器人模仿人的行走有着至关重要的影响。通过增加类人型机器人的脚跟,使其行走稳定性增强.根据双足机器人行走稳定性的动力学条件,结合类人型机器人行走的特征和重心位置,并考虑地面反力和能量两方面的因素,给出了类人型机器人行走稳定性与脚跟高度的数学关系,即增加机器人的脚跟可以增强类人型机器人步行的稳定性.     

以人体运动为参照的仿人机器人设计参考准则

为解决仿人机器人设计以经验设计或运动仿真验证为主,尚不存在以人类自身为参照,考虑走跑跳等多种运动行为要求下的初始设计方法问题,对人体多种运动行为进行运动捕捉与足底力测量,选择人体运动过程中关节力矩和关节功率作指标表征仿人机器人应达到的极限驱动能力。利用PhaseSpace三维运动捕捉系统和自行研制的至少5倍于体重的大量程集成化测力鞋系统对6名成年男性进行了走跑跳等运动行为的运动捕捉与足底力的测量实验,根据得到的149组实验数据,分析总结人体走、跑、跳等运动行为特征;采用牛顿-欧拉法对人体下肢机构进行逆动力学计算,用多元非线性拟合法拟合计算结果得到了各关节最大驱动力矩及功率方程式。综合归纳给出了不同运动方式下仿人机器人设计参考准则,为走跑跳等多运动方式仿人机器人的设计提供了参考。     

一种辅助踝髋关节的柔性可穿戴步行辅助机器人的设计与分析

针对传统的外骨骼机器人存在的柔顺性差、穿戴舒适性差等问题,设计了一种可以为踝髋关节提供辅助的可穿戴机器人.该机器人由踝关节驱动系统、髋关节驱动系统、传递系统和绑带系统组成.通过对踝髋关节的受力分析表明,在穿戴者步态周期的0%～60%范围内该机器人可以为踝关节和髋关节提供约200 N和222 N的峰值力,进而可以为穿戴者的脚踝弯曲和髋关节伸展提供帮助.该研究成果可为外骨骼步行辅助机器人的设计提供理论依据.     

不确定性扰动下双足机器人动态步行的自适应鲁棒控制

针对不确定性扰动下双足机器人动态步行的鲁棒控制问题,建立不确定性扰动下双足机器人的动力学模型. 将特定庞卡莱映射方法拓展到不确定性扰动下双足机器人的稳定性分析,将机器人随机系统的稳定性分析转化为确定性周期系统的稳定性分析. 基于滑模控制方法,提出自适应滑模控制器. 与以往滑模控制器相比,该控制器无需外部扰动的准确幅值信息. 考虑到双足机器人在实际应用中常会遭遇非平整路面,进一步将该自适应滑模控制器拓展到非平整路面的鲁棒控制：提出碰撞速度不变性条件,基于落地速度控制进行在线轨迹规划,基于自适应滑模控制器对机器人进行反馈控制. 基于三维（3-D）五杆双足机器人进行仿真实验,结果表明,所设计的控制器能有效实现机器人在不确定性扰动下的鲁棒控制.     

基于Bezier曲线的四足机器人Trot步态优化

为实现四足机器人的稳定行走,需要对其足端轨迹进行合理规划。首先,以Bezier曲线为基础,规划四足机器人的足端轨迹,并依据足端轨迹约束条件对足端轨迹进行优化;其次,通过多组对比实验确定出最优的一组控制点坐标,设计四足机器人的足端轨迹,并找到最佳的步长和抬腿高度组合;最后,基于Matlab/Simulink搭建仿真平台进行仿真实验,与应用复合摆线规划的足端轨迹在足端落地时的冲击力、质心的波动范围、机体的偏航距离、前进距离4个方面进行比较,分析四足机器人的稳定性。仿真结果表明：采用Bezier曲线规划的足端轨迹,提高了机器人运动的稳定性。     

Biomimetic Experimental Research on Hexapod Robot's Locomotion Planning

To provide hexapod robots with strategies of locomotion planning, observation experiments were operated on a kind of ant with the use of high speed digital photography and computer assistant analysis. Through digitalization of original analog video, locomotion characters of ants were obtained, the biomimetic foundation was laid for polynomial trajectory planning of multi-legged robots, which was deduced with mathematics method. In addition, five rules were concluded, which apply to hexapod robots marching locomotion planning. The first one is the fundamental strategy of multi-legged robots’ leg trajectory planning. The second one helps to enhance the static and dynamic stability of multi-legged robots. The third one can improve the validity and feasibility of legs’ falling points. The last two give criterions of multi-legged robots’ toe trajectory figures and practical recommendatory constraints. These five rules give a good method for marching locomotion planning of multi-legged robots, and can be expended to turning planning and any other special locomotion.     

Optimal trajectory planning for natural biped walking locomotion

0　INTRODUCTIONBipedwalking ,askillfulandsophisticatedlocomo tion ,isattainedbyhumanandbirdsthroughalongevolu tion .Theresearchanddevelopmentofbipedwalkingrobothavebeenperformedbymanyresearcherssince 196 0s .Thecontrolstrategiesdevelopedtogenerateastablewalk inggaitarezeromomentpoint (ZMP)methodbyTakan ishi ,et.al.[1] ,trackfollowingcontroltohumangaittra jectoriesbyMita ,et .al .[2 ] andcombinationofmodelfol lowingcontrolforasingleinvertedpendulumofthemasscenterandsynchronizationcontrolo…     

基于模型不确定补偿的轮式移动机器人反演复合控制

针对轮式移动机器人存在模型不确定性、非线性以及未建模的动态特性等因素,严重影响系统轨迹跟踪的稳定性和精确性,提出一种基于系统模型不确定性补偿的反演复合控制策略。基于非完整轮式移动机器人的运动学模型,采用反演控制思想以及李雅普诺夫稳定性判据设计轨迹跟踪的虚拟速度控制量,作为系统的持续激励输入。考虑轮式移动机器人具有模型不确定性和外部有界力矩干扰,根据轮式移动机器人的动力学模型推导得到系统不确定项,并采用具有高度非线性拟合特性的神经网络对其估计,得到模型的力矩控制量,且由李雅普诺夫稳定性分析得到不确定项的自适应律,实现自调整和实时轨迹跟踪。对比仿真表明,该复合控制策略能自适应的跟踪期望轨迹,与单一的反演控制、模型不确定性补偿控制策略、传统PID控制相比,均具有更好的鲁棒性和高的跟踪精度。