仿人机器人在复杂环境中的行走研究

在仿人机器人行走限定性的研究中,由于外界环境的复杂性,仿人机器人在行走过程中很容易失稳,导致不能稳定行走的问题.为了避免失稳摔倒,结合FZMP的在线调整策略,提出了通过调整直立姿态、调整落地角动量控制、落地减振控制和落地位置控制四种稳定行走控制方法,通过改变髋关节的高度来吸收由摆动腿提前着地而产生的垂直振动,给出了髋关节的高度补偿计算公式.使得机器人行走的整个过程,特别是在地面不平整以及摆动腿落地瞬间冲击力较大时也能保持良好的稳定性.通过ADAMS软件和虚拟仿真验证,改进方法能有效的实现机器人在复杂环境中的稳定行走.     

一种新的双足机器人模型设计与相关研究

针对双足机器人最简模型在行走过程中出现摆动腿足部擦地的问题,提出了一种通过摆动腿膝关节弯曲达到摆动腿缩短的新模型。当摆动腿开始摆动时,摆动腿膝关节弯曲锁定,摆动腿缩短;当摆动腿摆动到最大位置时,膝关节解锁,摆动腿伸直再锁定,此后摆动腿回摆,系统变为直腿模型。采用脚后跟冲击控制,在摆动腿落地前,拖后的支撑腿与地面接触处施加一指向髋关节的瞬时冲击力,冲击力可以减小摆动腿着地时能量的损耗,同时驱动被动机器人向前行走。设计了迭代学习控制算法,找到极限环与不动点,实现不同给定期望步长跟踪的冲击力的计算。仿真结果表明,迭代学习控制可以有效的实现不同期望步长的跟踪,可以很快的找到机器人系统的不动点,通过收敛的相平面,得到稳定的极限环,保证了机器人行走过程稳定。     

基于能耗优化的六足机器人摆动腿轨迹规划

以六足机器人单腿为研究对象,研究机器人摆动腿轨迹规划问题.由于摆动要消耗能量,所以提出了一种基于能耗优化的轨迹规划方案.结合以D-H法建立的机器人单腿运动学模型和腿部位置、速度、加速度等约束,采用多项式插值法在关节空间对机器人摆动腿进行轨迹规划.在考虑直流电机有效功率和热损耗的基础上,通过遗传算法对非线性等式和不等式约束下的非线性规划问题进行求解.仿真结果表明,所设计的方案能有效降低摆动腿能量消耗并保证轨迹连续平滑.     

人形机器人动态行走误差调整方法的研究

介绍人形机器人稳定行走的相关理论及研究发展,针对关节非线性伺服控制、行走稳定性、摆动脚落地碰撞等关键问题进行了研究,解决了仿人稳定行走控制中步幅自动调整的问题,并进行了模糊控制器设计。     

仿人机器人单双脚支撑转换时的消振研究

单双脚支撑转换时的冲击振动是一个影响仿人机器人稳定行走的重要因素.本文从振动方程的特性和系统的稳定性分析减振的设想和措施,并运用基于ANSYS平台所建立的THBIP-Ⅰ型仿人机器人精确的有限元弹性动力学模型,进行仿真分析比较,并加以实验验证.结果说明有限元分析法是研究仿人机器人缓冲减振的一种有效途径,所获得的结论能够为实现高品质的快速步行及控制规律做出有效的指导.     

基于虚拟模型控制的四足机器人缓冲策略

提出了一种基于虚拟模型控制的四足机器人缓冲策略.根据机器人落地过程中的触地状态和躯干纵向速度,将机器人的落地过程分为下落阶段、缓冲阶段和恢复阶段.在下落阶段,通过虚拟"弹簧-阻尼"元件驱动足端沿期望轨迹运动.在缓冲阶段和恢复阶段,控制器根据机器人下落过程中落地腿数目的不同,分别建立支撑腿与躯干质心虚拟力之间的数学关系,并通过施加在躯干质心的虚拟力的大小来控制躯干的位姿.躯干质心所施加的虚拟力通过主动变刚度控制实现,控制器根据机器人所处的落地阶段,给出合理的虚拟刚度和阻尼,从而减小机器人落地的冲击.由仿真实验可以看出,此缓冲策略是有效的.     

仿人机器人足迹规划建模及算法实现

足迹规划是仿人机器人运动规划领域的一个新思想.本文建立了仿人机器人足迹规划的模型,并通过构建启发式成本函数,利用A*算法予以实现.针对复杂多障碍物环境,特别提出了基于可变落地足迹数量的复合足迹转换模型的方法.仿真实验证明了规划模型和算法的有效性和完备性,规划效果达到仿人机器人在线运动规划的要求.同时,数值实验也证明了在复杂多障碍物环境下复合足迹转换模型的必要性和优越性.     

一种多模型融合的仿猎豹四足机器人复杂运动控制方法

针对具有2自由度主动脊柱关节的仿猎豹四足机器人,基于任务分解思想和生物神经系统机理,提出多模型融合的控制方法。该方法以弹簧负载倒立摆模型实现单腿跳跃控制,通过中枢模式发生器（CPG）实现4条腿之间以及脊柱―腿之间的协调控制,利用虚拟模型控制实现机器人与环境交互,采用基于CPG输出的有限状态机来融合3个控制模型,构建仿猎豹四足机器人的多模型分层运动控制器。参考猎豹脊柱运动特征,设计了机器人脊柱关节运动模式,给出脊柱与腿的协调控制策略。最后,在Webots仿真环境中搭建了仿猎豹四足机器人虚拟样机,实现了不同步态下的脊柱―腿的协调控制、在崎岖地形上稳定奔跑,以及平滑的对角―疾驰―对角步态转换,仿真结果验证了所提出的多模型融合的四足机器人运动控制方法的有效性。     

仿人机器人摔倒着地缓冲算法的研究

介绍了仿人机器人的基本概况及仿人机器人在动态行走方面已经取得的技术成果,讨论了刚性仿人机器人在摔倒后对其机体造成的损害,对机器人如何防止摔倒以及摔倒后如何防止机体损害进行了探讨,提出了一套完整的仿人机器人摔倒着地过程中的缓冲算法。     

基于姿态角的轮腿机器人驱动控制系统研究

在城市楼道环境中,尤其在面对楼梯等障碍时,五星形轮腿式机器人具有越障能力强、控制简单的优势。为防止机器人在攀爬楼梯时出现较大偏航倾斜,通过仿真软件ADAMS和Simulink中建立了五星形轮腿式机器人的整车动力学模型和PID速度控制模型。结果表明,该联合仿真控制模型能有效、快速地控制机器人速度,减小偏航角度,降低了研究和开发成本。将该驱动控制系统移植到原机器人系统中,并分析了机器人在本控制系统控制下攀爬楼梯等特殊情况下的稳定性能。