一种带自检功能的自重构机器人运动规划算法

针对目前模块化自重构机器人集中式运动规划算法的不足,对自重构机器人建立元胞自动机模型,采用分布式算法对自重构机器人的运动进行规划;通过加入了自检和优先级的功能,对分布式算法进行改进,简化了规则,使自重构机器人顺利翻越障碍;仿真实验结果表明,采用改进后的运动规划算法,自重构机器人能成功翻越比自身高的障碍物.     

Reflex-oscillations in evolved single leg neurocontrollers for walking machines

As a prerequisite for developing neural control for walking machines that are able to autonomously navigate through rough terrain, artificial structure evolution is used to generate various single leg controllers. The structure and dynamical properties of the evolved (recurrent) neural networks are then analysed to identify elementary mechanisms of sensor-driven walking behaviour. Based on the biological understanding that legged locomotion implies a highly decentralised and modular control, neuromodules for single, morphological distinct legs of a hexapod walking machine were developed by using a physical simulation. Each of the legs has three degrees of freedom (DOF). The presented results demonstrate how extremely small reflex-oscillators, which inherently rely on the sensorimotor loop and e.g. hysteresis effects, generate effective locomotion. Varying the fitness function by randomly changing the environmental conditions during evolution, neural control mechanisms are identified which allow for robust and adaptive locomotion. Relations to biological findings are discussed.     

双足机器人步态控制研究方法综述

概括地介绍了双足机器人步态控制领域内的主要研究思路．详细阐述了基于双足动力学特征的3种建模方法,包括倒立摆模型、被动步态模型、质量弹簧模型的特点．另外讨论了两种常用的约束条件(稳定判据与能量约束)和3种智能控制方法(神经元理论、模糊逻辑与遗传算法)在双足机器人步态控制中的研究情况．     

仿蚯蚓蠕动微机器人牵引与运动控制

为进入人体腔道开展作业,开发了一种直径6mm的仿蚯蚓多关节蠕动微机器人样机．机器人使用十字万向节连接直线驱动器,在弯曲腔道中能自适应改变自身姿态．基于Preisach模型和偏转模型,提出了形状记忆合金偏转机构的前馈控制方案,头舱控制最大偏转误差为2.6°．基于新型蠕动原理,建立了牵引模型,给出了有效驱动的条件．对机器人的牵引力、运动速度、在不同摩擦系数介质表面上的运动能力、头舱姿态进行了试验．结果表明,机器人的爬坡能力依赖于机器人和运动表面间的摩擦系数,新型蠕动原理能提供较大的牵引力,合适的驱动频率下可以得到最大的运动速度．     

基于循环抑制CPG模型控制的蛇形机器人蜿蜒运动

根据生物蛇和蛇形机器人的结构及运动特点,应用循环抑制CPG建模理论构建了蛇形机器人神经网络模型;利用蛇形机器人模型,仿真验证了CPG模型对蜿蜒运动控制的有效性;提出并仿真验证了实现有目的转弯控制的CPG参数调节方法。最后,给出了今后的研究方向。     

基于能效优化的两足机器人步态控制方法

针对高能耗导致的两足机器人实用化障碍,提出了一种全新的、系统化的步态能效优化控制方法.基于两足机器人运动的重要能耗指标(平均功率、平均功率偏差、平均力矩损耗),提出了能耗预估策略和能效优化算法,获取了零力矩点(ZMP)稳定区域内的能耗极小值.沿着能耗极小值所对应的上体轨迹对机器人步态实施能效优化控制,最终获得满足ZMP稳定判据的低能耗步态.仿真结果证明,该方法能够有效降低机器人能耗并保持其稳定性.     

基于能量的蛇形机器人蜿蜒运动控制方法的仿真与实验研究

能量作为最基本的物理量之一, 联系着蛇形机器人蜿蜒运动的各个方面. 能量耗散描述了环境交互作用, 能量转换对应着运动的动力学过程, 能量平衡反映了蜿蜒运动的协调性. 提出一种基于能量的蛇形机器人蜿蜒运动控制方法-被动蜿蜒. 通过输出关节力矩控制机器人蜿蜒运动, 由机器人的能量状态调整力矩的大小. 仿真结果显示了被动蜿蜒控制下机器人的构形、角度、力矩、能量状态和转弯特性, 并对控制力矩进行了递归分析. 基于Optotrak运动测量系统构建了被动蜿蜒控制的模拟/物理混合实验系统. 进行了移动实验和拖动实验, 前者改变环境的摩擦特性,后者改变机器人的负载. 仿真和实验验证了蛇形机器人被动蜿蜒控制的有效性和适应性.     

双足机器人动态步行实时步态生成

针对双足机器人动态步行生成关节运动轨迹复杂问题,提出了一种简单直观的实时步态生成方案。建立了平面五杆双足机器人动力学模型,通过模仿人类步行主要运动特征并根据双足机器人动态步行双腿姿态变化的要求,将动态步行复杂任务分解为顺序执行的四个过程,在关节空间相对坐标系下设计了躯干运动模式、摆动腿和支撑腿动作及步行速度调整模式,结合当前步行控制结果反馈实时产生稳定的关节运动轨迹。仿真实验验证了该方法的有效性,简单易实现。     

欠驱动两足步行机器人研究现状

针对欠驱动两足步行机器人的研究现状与发展趋势进行了探讨。首先,总结了被动行走和踝关节欠驱动两足机器人的研究现状,介绍了欠驱动两足步行机器人的基本研究方法,包括问题描述、步态规划、运动控制和稳定性判定等,并对欠驱动两足机器人需要进一步研究的问题和发展方向进行深入研究,最终目标是将欠驱动控制策略应用于两足步行机器人的行走过程控制,以提高其运动性能。     

点接触式两足步行机器人直立姿态稳定控制

针对点接触式两足步行机器人提出了一种直立姿态稳定控制策略。建立了机器人动力学模型,对机器人直立姿态的稳定性和可控性进行分析;并基于T-S模型建模,构造机器人全局模糊模型,基于LQR最优控制理论,设计全局渐近稳定的模糊控制器对机器人直立姿态进行稳定控制。仿真结果表明,该算法具有较宽的稳定范围,可以使机器人在上电以后和从行走切换到站立状态时迅速恢复直立姿态,保持稳定。