两足步行机器人步态及运动稳定性分析

讨论分析了两足步行机器人的步态及运动稳定性,运动动力学方法对步行机的ZMP点进行计算,得出两足步行机器人保持静态稳定行走的必要条件.     

两足步行椅机器人步行参数对稳定性的影响分析

两足步行椅机器人是一种替代轮椅或假肢、为残疾人服务的助残机器人。这类机器人在复杂的使用条件下,各种参数对步态规划及其稳定性的影响分析研究具有重要意义。本文首先根据与步态规划密切相关的机械结构特点、自由度以及关节配置等建立了步行椅机器人的简化模型以及步态规划的算法,然后基于ZMP理论和稳定裕度的概念,确立了主要步行参数与稳定性之间的关系,提出了动态步行的稳定性判据,分析了步态规划中步行参数对于稳定性的影响,并给出了在不考虑参数间耦合影响的前提下步态规划中参数选择的合理范围。     

载人两足步行机器人步态规划

载人两足步行机器人是一种为残疾人设计,用来替代轮椅和假肢的新型步行机器人。由于其关节自由度较多,可以通过自身的调节来保持纵向及横向的平衡,从而保证动态步行的平稳,但也因此使得零力矩点(ZMP)的计算上出现耦合现象,为ZMP轨迹的精确规划带来困难。从重心的轨迹入手,通过约束重心z向坐标实现载人两足步行机器人纵向与横向的分离,进而以重心的轨迹为基础,确定了机器人行走姿态,并通过简化模型计算支撑脚关节扭矩来评估步态规划的正确性与合理性。     

两足步行椅机器人及其稳定性计算研究

两足步行椅机器人是一种为残疾人设计,用来替代轮椅和假肢的助残机器人.本文介绍了两足步行椅机器人的整体机构设计,并以前向运动为例,详细讨论了利用ZMP理论进行步行稳定性计算的方法,最后通过计算机仿真验证了这一计算方法的有效性.     

两足步行椅机器人的稳定性研究

文章针对两足步行椅机器人介绍了其步态规划中步行稳定性的计算方法。以前向运动为例,详细讨论了先进行姿态规划并计算出机器人各部分位姿,然后利用ZMP理论求出其步行的稳定裕度的方法,通过计算机仿真验证了这一计算方法的有效性。     

基于ZMP点的两足机器人步态优化

采用身高、速度和步长等六个参数描述两足机器人动态步行 ,并进行了定量分析 ;然后利用面向对象思想完成牛顿 -欧拉算法的计算机实现 ,进而求出机器人动态行走时的 ZMP点 ;最后 ,以 ZMP点为目标函数用遗传算法对步态进行了优化 ,其结果证明算法的有效性。     

两足步行机器人并联腿机构的步态规划及仿真

应用虚拟样机技术,建立了两足步行机器人并联腿机构的仿真模型,并在仿真环境下对步行机器人的行走姿态进行了规划和仿真试验,为确定步行机器人腿机构的结构参数和参数优化提供了实验平台,为研究和开发新型两足步行机器人及其控制奠定了理论基础。     

并联腿机构在四足/两足可重组步行机器人中的应用

将并联腿机构用于助残步行机器人,可大大提高步行机器人的载重/自重比,从而节省能源,延长行走时间。为此提出并联腿机构四足步行机器人。四足稳定性好,安全性高,但是上下楼梯或台阶时座椅有较大的倾斜。为了解决这一问题,提出一种四足/两足可重组并联腿机构步行机器人。在一般路面采用四足行走,消除使用者乘坐两足步行机器人时的恐惧心理;在上下楼梯或台阶时采用两足行走,弥补四足步行机器人行走时产生的身体倾斜。提出四足/两足可重组步行机器人机构上的实现方法,分析3自由度3-UPU并联机构,以及其两两合并后的6-SPU并联机构,讨论它们在四足/两足可重组并联腿步行机器人中的应用,通过自由度计算进行四足/两足步行机器人的可动性分析,为四足/两足可重组并联腿机构步行机器人的进一步研究奠定了理论基础。     

具有并联关节的两足步行机器人运动学反解分析

分析了人体腿部关节的运动特点,提出了一种3自由度3-RRR并联机构作为髋关节,2自由度球面机构Ur作为踝关节,转动副R作为膝关节的新型两足步行器;对两个并联关节的位置反解进行了研究;采用解析方法对步行机器人的位置反解进行了分析,得出反解的解析表达式,最后用实例验证了求解过程.该研究对机器人步态规划、动力学分析及控制的研究有重要意义.     

仿人机器人实时稳定的步态产生

仿人机器人和双足机器人相比有头、躯干和两臂,因此步行模式的产生更加复杂.讨论了一种实时产生稳定的腿部、手臂和躯干运动的方法.在径向平面的腿部运动必需满足ZMP点的X轴位置有最大的稳定裕度,与此类似,横向平面的腿运动必需满足ZMP点的Y轴位置有最大的稳定裕度.手臂和躯干的运动是由Z轴力矩平衡产生的.我们的方法已经通过仿真结果得到了验证.     

人形机器人建模与步态规划

目前人形机器人控制的难点主要集中在:关节扭矩不够,运动稳定性不佳等方面。针对以上问题,提出了以下解决方案:针对关节扭矩不够选取了大扭矩电动机的同时,采用三次样条差值使运动轨迹更加平滑,减小输出扭矩。采用ZMP来观察运动轨迹,改善运动的稳定性。同时,由于人形机器人运动稳定性不佳,容易摔倒,使用ODE物理引擎在Labview中建模与仿真,进行更加方便的进行步态规划的研究。最终实现了仿真平台下人形机器人的稳定行走。     

基于Pro/E和ADAMS的双足步行机器人造型及仿真研究

对步行机器人的双足进行了三维造型及运动仿真研究。首先利用通用软件Pro/E对人形机器人支撑受力部位腿部进行了三维造型的设计与装配,并在相应软件中检测了装配的正确性及精确度。然后根据ZMP稳定判据分析得出机器人步行的稳定性条件,最后将腿部模型其导入ADAMS中并对其进行了步行运动仿真。研究结果表明,所设计的步行机器人双足关节转角插值正确合理、无干涉,能够较好满足双足机器人的步行需要,论文成果具备一定参考价值和积极意义。     

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。     

基于PSO-SCE的下肢外骨骼机器人步态多目标优化

针对一些传统下肢外骨骼机器人步态优化算法中的寻优精度低和收敛速度慢等问题,提出一种下肢外骨骼机器人步态优化算法,该算法采用粒子洗牌策略和复合形信息互通技术,保留了粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法与复合形交叉进化(Shuffled Complex Evolution,SCE)算法的优点,通过建立以机器人步态零力矩点(Zero Moment Point,ZMP)稳定裕度和每步驱动能耗为参数的多目标优化函数进行寻优,并在SolidWorks、ADAMS和MATLAB软件中进行联合对比测试,仿真表明:与PSO算法和SCE算法相比,采用PSO-SCE算法得到的机器人步态ZMP稳定裕度增大,驱动能耗平均值分别减小了18.4%和13.5%,机器人能够以较小的能量消耗实现稳定平滑行走。     

基于弹簧小车模型和预观控制的双足快速步行研究

针对机器人的滑动和滑转,补充了机器人稳定步行的修正条件;利用三阶泰勒公式引入舒适度的概念,推导出基于舒适度的ZMP公式;提出一种用于动力学分析的三维弹簧平台-小车模型,通过简化的舒适度ZMP公式推导出该模型的运动规律;基于三维弹簧平台-小车模型,结合预观控制理论生成步行样本;最后,进行了机器人虚拟样机快速步行仿真,步速达到2.088km/h。     

一种双足机器人变结构控制的ZMP补偿优化方法

针对双足机器人系统,设计了一种变结构轨迹跟踪控制器。基于双足机器人系统ZMP(zero moment point)方程和实际ZMP信息,提出一种ZMP补偿优化方法,通过在线实时调整机器人躯体重心竖直方向上的位置来补偿回复稳定姿态所必需的力矩,最终产生修正的ZMP轨迹。12自由度的双足机器人动力学仿真验证了所提出优化方法的鲁棒性和适用性,而且机器人能在一定范围外力的干扰下回复稳定姿态步行。     

Walking pattern generation employing DAE integration method

A stable walking pattern generation method for a biped robot is presented in this paper In general, the ZMP (zero moment point) equations, which are expressed as differential equations, are solved to obtain a stable walking pattern However, the number of differential equations is less than that of unknown coordinates in the ZMP equations It is impossible to integrate the ZMP equations directly since one or more constraint equations are involved in the ZMP equations To overcome this difficulty, DAE (differential and algebraic equation) solution method is employed The proposed method has enough flexibility for various kinematic structures Walking simulation for a virtual biped robot is performed to demonstrate the effectiveness and validity of the proposed method The method can be applied to the biped robot for stable walking pattern generation