小型仿人机器人THBIP-II 的研制与开发

为了解决仿人机器人小型化、集成化带来的技术问题,并实现仿人机器人在复杂非结构人类生活环境 中的应用,本文研制并开发了新一代小型仿人机器THBIP-II,给出了THBIP-II 的系统组成,包括机械结构、控制系 统和感知系统．THBIP-II 高700mm,重18 kg,共配置24 个自由度,采用模块化关节和同步带加谐波减速器的传动 结构实现机器人的小型化,其控制系统为典型的分布式控制系统．同时,本文建立了THBIP-II 三维仿真平台,基于 力矩最优的3D 参数化步态规划方法,成功实现了步长为15 cm、步速为0.075 m/s 的平地行走和稳定的踢球动作．     

考虑综合步行约束的仿人机器人参数化3D 步态规划方法

给出了一种三维环境下双足行走的参数化步态规划方法,建立了仿人机器人13 质量块约束动力学模 型．考虑单腿支撑和双腿支撑无冲击连续切换的六点边界约束条件、可行步态物理约束条件以及ZMP 稳定性约束 条件,以关节输出力矩函数的二次型积分值最小作为优化指标,采用参数化步态优化方法,将复杂关节轨迹的规划 问题转化为分段多项式系数组成的有限参数向量的优化问题,得到了快速和慢速两组光滑无振动的优化步态．仿真 和样机实验验证了该方法的有效性．     

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．     

拟人机器人在外力干扰下的步态规划

拟人机器人在外力干扰下的步态规划是机器人行走研究中的重要课题。论文首先讨论了虚拟零力矩点与支撑多边形的位置关系,然后提出了一种基于虚拟零力矩点的优化控制策略,最后采用遗传算法对步态进行优化,仿真结果表明能够提高机器人步态规划的实时性。     

基于接触力信息的仿人机器人ZMP测量系统

针对现有仿人机器人零力矩点(ZMP)测量系统的力/力矩传感器不直接触地导致不能充分反映脚底各部位受力的问题,设计了一种基于地面接触力信息的具有传感器阵列的ZMP测量系统。介绍了传感器信号多级放大、采集及处理的软硬件系统,应用CAN总线接口实现了与外部上位机的通信。所设计的系统已应用于实际仿人机器人。步行实验表明:该系统能有效完成步行中ZMP的实时测量和脚底各部位受力信息的实时采集、计算与通信,简单易实现。     

Experiments with nontraditional hybrid control technique of biped locomotion robots

By using the previously established zero-moment point theory and the semi-inverse approach [1–4] for solving the artificial gait synthesis based on the prescribed dynamics to part of the active mechanism, in this new approach to dynamic control of legged locomotion robots, the conventional control synthesis, based on complete dynamic robot model, is abandoned. The paper describes the simulation experiments of biped control with a hybrid approach that combines the traditional model-based and fuzzy logic-based control techniques. The combined method is developed by extending a model-based decentralized control scheme by fuzzy logic-based tuners for modifying parameters of joint servo controllers. The simulation experiments performed on a simplified two-legged mechanism demonstrate the suitability of fuzzy logic-based methods for improving the performance of the robot control system.     

小型双足步行机器人的机构设计及其运动仿真

小型双足步行机器人具有多关节、多驱动器、多自由度的特点,本文以人体全身17个主要关节及其运动特性为研究对象,利用三维设计软件CATIA设计出小型双足步行机器人的全身机构,根据ZMP理论,以正常人行走的“X”形交叉动作为原则,规划出其各关节转角,在ADAMS下对其虚拟样机进行运动仿真,确保实现机器人的稳定步行和做舞蹈动作。     

基于体感的仿人机器人步态学习与控制

针对现有理想化步态动力学模型规划方法复杂、人为指定参数过多、计算量大的问题,提出一种基于体感数据学习人体步态的仿人机器人步态生成方法。首先,用体感设备收集人体骨骼信息,基于最小二乘拟合方法建立人体关节局部坐标系;其次,搭建人体与机器人映射的运动学模型,根据两者间主要关节映射关系,生成机器人关节转角轨迹,实现机器人对人类行走姿态的学习;然后,基于零力矩点(ZMP)稳定性原则,对机器人脚踝关节转角采用梯度下降算法进行优化控制;最后,在步态稳定性分析上,提出使用安全系数来评价机器人行走稳定程度的方法。实验结果表明,步行过程中安全系数保持在0~0.85,期望为0.4825,ZMP接近于稳定区域中心,机器人实现了仿人姿态的稳定行走,证明了该方法的有效性。     

基于过程ZMP的双足步行机器椅步态规划

解决了多关节双足步行机器椅行走步态过程稳定性评价与其开环多连杆执行机构的多变量泛函问题.从构造多关节双足步行机器椅行走姿态和过程ZMP(Zero Moment Point,零力矩点)评价考虑,提出了基于优化方法的多关节双足步行机器椅行走步态的离散化模型和方法,实现了基于过程稳定性评价的双足步行机器椅的开环多连杆执行机构行走步态的合理规划.文中提出的离散化模型对求解开环连杆机构的多变量泛函规划问题具有重要的参考价值.     

Robocup3D仿人机器人中基于频率加权的ZMP补偿算法

本文提出了一种新的ZMP补偿算法,本算法以仿人机器人的ZMP误差信号的频率分析为基础.ZMP(zero moment point)即零力矩点,是仿人机器人的一个重要的物理量,根据双足机器人系统的ZMP方程和实际的ZMP信息,在Tomoya Sato和-Kouhei提出的ZMP的补偿方法的基础上,提出一种新的补偿方法,根...