四足机器人对角小跑步态全方位移动控制方法及其实现

为实现四足机器人在平面和斜坡上的全方位移动,提出了基于对角小跑步态的运动控制方法.基于所推导的四足机器人运动学方程和仿生步态规划方法,将机器人在平面内的运动解耦为前向运动、侧向运动和自转运动3部分以降低运动控制的复杂度.首先利用各部分振荡幅度来实现机器人在3个方向上的运动速度控制,然后利用将各部分运动合成实现四足机器人在水平面内的全方位移动控制;基于平面的全方位移动控制方法,对足端位置进行映射,实现了机器人在斜坡上的对角小跑步态全方位运动控制.最后,分别在平面和斜坡上进行了仿真和实际物理样机实验.步程计数据、仿真数据与物理样机实验结果之间的差别在可接受范围之内,证实了该方法有效地实现了机器人的速度控制和运动解耦,验证了所提出方法的正确性和有效性.     

具有弹性连杆机构的四足机器人对角小跑步态控制

为了提高四足机器人的运动性能和抗冲击能力,设计了一种具有弹性连杆机构和线驱动系统的四足机器人,称为LCS(linkage-cable-spring)四足机器人.借鉴SLIP (弹簧负载倒立摆)模型,提出了基于着地角的速度控制策略和基于能量补偿的质心高度控制策略.采用姿态控制策略来提高对角小跑步态的运动稳定性.仿真实现了给定前进速度条件下稳定的对角小跑步态.搭建LCS四足机器人样机实验平台,完成了踏步、对角小跑步态行走实验.实验结果表明,LCS四足机器人运动过程中机身翻滚和俯仰角能控制在2?以内,并能平稳通过10 mm×10 mm小型障碍物.     

基于倒立摆模型的四足机器人对角步态规划

为提高点着地四足机器人在匀速对角小跑过程中的动态稳定性,将对角小跑过程简化为一个倒立摆模型。;针对四足机器人对角小跑过程中由于重心无法始终处于支撑对角线上所引起的翻转,在此模型中转换为由于重心引起的摆动角误差;采用虚位移原理对机器人摆动角的变化进行分析,确定不同重心运动变化对摆动角误差的影响并找到合适的重心起始位置,理论上能够使摆动角的误差为零;动态仿真实验验证了所提出的对角步态规划能够使四足机器人实现稳定的对角小跑的有效性。     

四足机器人对角小跑中机体翻转分析与姿态控制

为了解决四足机器人对角小跑运动中机体绕对角线翻转的问题,在理论分析翻转原因的基础上提出一种简单有效的姿态控制方法.首先建立四足机器人腿结构的运动学模型,通过数值运算与分析,得到机体翻转的根本原因,即支撑腿髋部前摆关节的反作用力矩产生了绕机体对角线的翻转运动.在此基础上,提出利用支撑腿的髋部侧摆关节力矩来平衡机体翻转的姿态控制方法,并分析讨论了姿态控制可能引起的机体侧向运动现象.最后进行动力学仿真试验,发现机器人在不施加姿态控制的情况下很容易失去平衡而翻到;而在应用了提出的姿态控制方法后,机器人能够实现稳定的小跑运动并且保持机体翻转角度在一个较小的范围内稳定波动.仿真试验对比证明了该姿态控制方法能有效控制机体翻转运动并保持机器人动态平衡.     

带主动腰关节的四足机器人平稳运动控制

针对四足机器人在对角小跑运动时出现的后腿“拖地”、机体振荡的现象,提出了一种基于偏航方向上主动腰关节摆动的解决方法。通过D-H法对机器人各关节进行运动学建模,获得其运动学方程,并采用Kuramoto振荡器模型作为扩展的CPG耦合网络振子,实现对腰、腿关节的统一控制。仿真实验表明,经过腰关节控制优化后的机器人在对角小跑时,相对于刚体躯干的机器人,姿态角变化幅度显著减小,抬腿高度明显增加,有效地提高了机器人的运动稳定性,证明了方法的可行性。     

未知崎岖地形下四足机器人复合抗扰柔顺控制

为使四足机器人能够在未知崎岖地形中以对角(Trot)步态柔顺且稳定地行走,提出了一种复合抗扰柔顺控制策略。首先,四足机器人的机身和支撑相采用内外环分层控制策略,外环采用全局快速终端滑模控制器来控制机身的位姿,以使机身位姿快速精确地收敛到平衡状态,并通过设计非线性干扰观测器来消除系统不确定性和外界扰动,以进一步提高系统的鲁棒性;其次,内环采用基于力的PD控制器,以使支撑相的足端接触力能够跟踪滑模控制器所需的期望力,实现足端与地面的软接触,减少对机器人的冲击;同时,摆动相采用具有相同主动柔顺性的阻抗控制器;最后,采用MATLAB/Simulink进行了对比仿真实验,结果表明在所提控制策略下,四足机器人在未知崎岖地形中行走具有良好的鲁棒性和柔顺性。     

基于余弦振荡器的四足机器人步态生成与仿真

为实现四足机器人的稳定运动,基于四足机器人对角步态的几何模型,建立余弦振荡器,生成节律运动的上层架构以及上、下层之间的关节映射,得到完整的步态生成策略,并建立四种关节配置形式的机器人虚拟样机模型,进行运动学和动力学仿真.仿真结果表明,基于余弦振荡器的步态生成方法能够满足各种关节配置形式的机器人步态要求,验证了步态生成方法的正确性和普遍适用性,且根据机体波动率的比较,确定前肘后膝式具有更好的稳定性.     

四足机器人对角小跑步态下液压驱动单元位置伺服控制特性参数灵敏度研究

高性能四足仿生机器人的关节由高度集成的液压驱动单元(HDU)驱动,液压传动的引入在带来高性能的同时,也增强了非线性和参数时变性等问题,此外机器人各关节复杂多变的载荷特性,也增大了每个关节HDU的控制难度.为了有针对性地进行对角小跑步态的控制补偿,研究了各HDU位置控制特性的主要影响参数.首先,考虑伺服阀动态特性、压力-流量非线性、伺服缸活塞初始位移及摩擦非线性,搭建其位置伺服控制系统.基于HDU实际结构参数和工作参数建立仿真模型.将HDU实测的摩擦力及对角小跑步态下各关节实测的位移与外负载力数据加载至仿真模型中,得出HDU伺服控制的输出位移及负载力仿真曲线,并进行了试验验证.基于位置伺服控制方程,推导含非线性和时变参数的灵敏度方程表达式,进而求解4个关节工况下HDU输出位移对各参数的灵敏度函数.以采样时间内参数变化引起输出变化的最大值及参数变化引起输出变化绝对值的总和为灵敏度衡量指标,给出指标变化柱形图,分析各参数灵敏度变化规律,并对各HDU中供油压力、比例增益、活塞初始位移及外负载力4个参数的灵敏度指标进行试验验证.最后得到了对角小跑步态下影响各关节HDU位置控制特性的主要和次要影响参数,为位置补偿控制器的设计提供了参考.     

四足机器人整机非线性模型预测控制

四足机器人运动控制的研究对于推动机器人技术的发展具有重要意义。提出了一种以非线性模型预测控制（NMPC）和整机控制（WBC）结合的四足机器人运动控制算法。为了提高计算效率,将四足机器人的本体假设为一个单刚体模型(SRBD),为了使四足机器人的运动控制更为稳定和精准,使用实时迭代的方案,让NMPC以25 Hz的频率进行在线规划,WBC以500 Hz的频率实时控制机器人运动状态。通过在仿真环境中的机器人全向行走,验证了NMPC和WBC结合的四足机器人运动控制算法的有效性和优越性。     

四足步行机器人爬行步态的计算机仿真

由于机器人数学描述的复杂性,使得在机器人运动学、动力学分析方面显得较为困难,计算机虚拟仿真技术在该领域的应用为机器人的运动特性分析提供了依据.文中建立了一个连续转动式腿机构的四足步行机器人模型,并规划了该机器人的一种直线爬行步态,利用ADAMS虚拟样机软件对机器人的爬行步态进行了动力学仿真,得到了机器人各个关节相关物理量的变化曲线,分析了四个髋关节的驱动力矩在步行过程中的变化情况.通过仿真,验证了步态规划的合理性,同时为进一步选择电机、分析机器人系统的动态特性提供了依据.     

双足跑步机器人控制方法研究概述

：综述了双足跑步机器人的研究历史、研究内容和进展以及未来研究方向．首先系统介绍了目前已实现 跑步的双足机器人平台．随后归纳和讨论了双足跑步控制策略和跑步运动的稳定性判定方法;还介绍了跑步步态模 式规划以及走、跑步态模式转换的研究进展．最后探讨了双足跑步机器人的研究方向.     

多关节机器人的一种非线性反馈控制方法

本文研究了一种基于高阶线性化近似方法的机器人非线性反馈控制问题。首先,给出了多关节机器人的动力学模型,研究了一般非线性系统相对于某一标称轨迹的高阶线性近似方法,建立了高阶反馈项系数的计算公式,然后,讨论了多关节机器人的二阶近似非线性反馈控制方案。最后,给出了数字仿真结果.     

四腿机器人步态控制与仿真研究

本文分析了四腿机器人行走步态,依据现有机器人部件设计了行走控制程序,其中采用腿部摆转,起落分时控制方法,实现了机器人前进、后退、转向等典型动作,机器人最后经ADAMS进行机构运动仿真,仿真结果准确,可用于指导该机器人的结构优化与程序开发.     

五杆四驱动平面双足机器人动态步态规划与非线性控制

以五杆四驱动的平面双足步行机器人为对象,研究了其动态步行的时不变步态规划和限定时间的非线性控制策略．揭示了其模型的欠驱动和完全驱动的混杂和非光滑动力学特性,推导了其碰撞模型．基于虚拟约束的概念,提出时不变步态的输出函数解析设计方法,设计了反馈线性化控制器,将系统转化为双积分环节．然后采用限定时间控制器在一步内零化输出函数．仿真实验表明,动态步行趋于一个稳定的极限环,实现了规划的行走模式,验证了该方法的有效性．     

基于深度强化学习的双足机器人斜坡步态控制方法

为提高准被动双足机器人斜坡步行稳定性,本文提出了一种基于深度强化学习的准被动双足机器人步态控制方法.通过分析准被动双足机器人的混合动力学模型与稳定行走过程,建立了状态空间、动作空间、episode过程与奖励函数.在利用基于DDPG改进的Ape-X DPG算法持续学习后,准被动双足机器人能在较大斜坡范围内实现稳定行走.仿...     

六足步行机器人控制系统研究

六足机器人是一种具有多支链与时变拓扑结构的特种机器人,该类机器人能够在复杂环境中稳定行走,长期以来一直是国内外机器人研究领域的热点之一。本文从仿生角度出发,归纳六足机器人稳定行走的三种方式;根据六足机器人各足支撑点围成的多边形区域与机体重心在其投影的关系来评定六足机器人行走稳定性,为实现六足机器人稳定性行走提供理论依据;最后根据机器人控制精度增加和智能力减少的原则,以分级递阶的方式设计六足机器人的运动控制系统。     

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。     

Decentralized PD and Robust Nonlinear Control for Robot Manipulators

A decentralized PD and robust nonlinear feedback law for robot motioncontrol is proposed. The control system structure is based on thegeneralized tracking error proposed by Slotine and Li. Using this systemstructure, a simple and comprehensive result on the local stabilityconditions of PD control is obtained. A decentralized robust nonlinearfeedback term is then added to it to improves the performance of trackingerrors from local convergence to global convergence. Since the approachkeeps the simplicity of the independent joint controller structure it can beeasily implemented in most robot systems without hardware alteration.