双足机器人稳定行走步行模式的研究

研究了一种基于零力矩点(ZMP)预观控制系统的双足机器人稳定行走步行模式生成方法.通过对双足机器人行走过程中行走参数及ZMP轨迹进行规划,计算出机器人行走过程中的质心轨迹.由运动学模型求解出其行走过程中步行姿态,预观控制器利用未来目标ZMP参考值和双足机器人状态计算控制输入,对机器人进行稳定行走控制.最后采用ADAMS和Matlab/Simulink联合仿真技术对离线步行模式进行仿真验证,仿真结果表明双足机器人虚拟样机可实现稳定行走效果.     

欠驱动双足机器人稳定行走控制与策略

为了解决欠驱动双足机器人行走的控制问题,提出一种欠驱动平面双足机器人稳定步行控制方法和策略.首先,分析带有身体惯量的倒立摆模型的动力学特性,根据动力学模型和姿态信息,设计姿态稳定控制器,维持机器人身体姿态的稳定.然后,根据欠驱动量的动力学方程和行走速度反馈,设计行走速度稳定控制器.通过调整摆动腿步长的策略,实现速度稳定的连续行走.最后,在双足机器人上开展实验,验证了该控制方法和策略的有效性.     

有躯干双足机器人被动行走及其稳定器

采用Matlab仿真的方式构建了一个简单的有躯干双足机器人模型,研究了该模型在斜坡上的被动行走,分析了模型步行的稳定性,并设计了一个全状态线性反馈步行稳定器.研究结果表明:无任何驱动器的有躯干双足机器人能够实现沿斜坡而下的被动行走,其步行方式有两种,但均不稳定;设计的全状态反馈稳定器能够较好地稳定模型的被动行走.     

基于LIPM的双足机器人变步长行走规划

为了提高双足机器人步行运动的灵活性,提出了一种基于线性倒立摆模型的双足步行规划算法.该算法首先根据所要达到的步长,获得支撑腿切换时质心的位置;然后,根据线性倒立摆模型的运动特性,计算出质心到达上述位置所需要的时间;最后,根据该时间对摆动脚用正弦曲线进行规划,使之能够在恰当的时刻到达所需的落脚点位置进行支撑脚的切换.该算法可使双足机器人在运动中变化步长,很好地提高其步行的灵活性.通过真实机器人的实验,验证了该方法的有效性和实用性.     

基于ZMP双足机器人稳定性控制策略与算法的研究

基于ZMP控制理论及其数学模型,通过预先给定双足机器人步态的运动轨迹,计算确定各关节的旋转角度并选定控制系统的控制算法.对遗传算法在双足机器人步行稳定性控制策略做了分析,主要解决如何产生稳定控制机器人步态的数据,在步态运行过程中保证双足机器人从一个稳定态到下一个状态时,同样也是稳定的,以实现机器人在实际行走过程中达到较好的稳定效果.ZMP     

双足机器人步态规划与运动仿真

把双足机器人步行过程划分为5个阶段,通过正逆解方法求得行走过程中的5个关键姿态,并对其进行插值,得到不同步态时各个关节的运动轨迹;利用该方法规划出双足机器人步行的3种步态,通过中间过渡姿态的引入实现了不同步态之间的平稳转换;在Webots仿真平台上实现NAO机器人3种步态行走及不同步态之间的转换,验证方法的可行性.     

被动行走中躯干对能量效率的影响

针对有躯干双足机器人的被动行走,以躯干对双足步行的影响为侧重点,采用Matlab仿真的方式建立了2个纯被动有躯干机器人模型,分别为腿部无质量模型和腿部有质量模型.研究了2个模型中不同躯干质量、躯干长度对步行能量效率的影响,并将这2个模型的结果与对应的纯被动无躯干机器人模型进行了对比.结果表明:在相同的步行速度下,无躯干的机器人比有躯干的机器人更省能,躯干质量越小、躯干长度越小,机器人步行越省能.即在双足被动行走中,躯干在能量效率方面起不利作用.     

双足机器人节能步态规划算法

为提高双足机器人的步行性能,提出基于五质心倒立摆模型的节能步态规划算法。算法包括步态参数优化算法和步态合成算法。步态参数优化算法允许身体做三维运动,以有限阶傅里叶级数的系数表征特定步长下机器人身体的运动空间。通过离散化这些系数,使运动空间网格化。进而对网格交点进行逆动力学计算,划分出满足允许零力矩点区域要求的种子集合。算法以电机的负荷转矩和角速度的乘积为能耗指标函数,在每个种子的邻域迭代计算。按照最大梯度原则逐次逼近函数极小值,此时的电机角度序列作为对应步长下的解,存入数据库。步态合成算法按照步行距离,规划由起始步、中间步和停止步构成的完整行走轨迹。按照行走步长,从数据库读取腿关节电机的角度序列,并依据双足机器人行走中反馈的零力矩点,对序列进行修改。为验证算法有效性,进行了动态仿真实验和现实环境中双足步行实验。实验结果与固定身体高度或允许身体垂直运动的算法对比,证明步态算法具有明显的节能效果。该算法实现低能耗和高鲁棒性的折中,较好地解决具有高度非线性特征的双足机器人行走问题,为煤矿救援机器人的开发开辟一种新途径。     

不平整地面上双足机器人的步态控制

提出了一种不平地面环境下双足机器人的步行控制算法.该算法由步态规划和传感器反馈控制系统组成.在步态规划中,采用被动倒立摆模型设计双足机器人的质心位置,所生成的步态使机器人能够在平地上更自然有效地稳定行走.在线反馈控制系统用于处理地面环境的凹凸不平以及来自外界的未知扰动,可分为上身姿态控制、期望ZMP控制以及非线性落地控制3个部分.这3种控制分别针对不同的控制目标,并根据步行过程的具体阶段在线修正预先规划好的步态,维持双足机器人的步行稳定性.它们在结构上相互耦合,从而实现加速在线反馈控制系统的收敛速度、克服机器人柔性对控制作用的负面影响等效果.双足机器人在凹凸地面的步行实验验证了所提出步行控制算法的有效性.     

基于虚拟样机的双足机器人步行联合仿真

为了提高双足机器人设计的效率与可靠性,利用机械系统动力学仿真软件ADAMS建立双足机器人的机械动力学模型,利用Matlab建立控制系统,通过ADAMS与Matlab的接口模块,实现了基于ADAMS与Matlab联合步行双足机器人仿真平台的建立.结果表明,仿真得出机器人在平地行走过程中各关节的力矩变化情况,获得了最高转速、有效转速、最大转矩、有效转矩等机器人运动的关键参数,为双足机器人物理样机的电机和减速器选型提供了理论依据.     

基于两点式步行吸引盆计算的稳定性分析

为了研究两足步行过程中步态稳定性及步行能耗的问题,通过对人脚结构的分析提出了一种新型的步行模式--两点式步行模式,并建立了基于此模式的直腿无膝-倒立摆动力学模型.运用Poincare映射法,提出了一种数值算法,计算了该直腿无膝模型的不动点及吸引盆;研究了模型特性参数λ、步长对吸引盆特性及步行能耗的影响.系数λ增大会使吸...     

基于强度Pareto进化算法的双足机器人步态规划

为了获得良好的双足机器人步行模式,提出了以步行过程中机器人的稳定性、移动性和能耗为目标的步态规划多目标优化方法.该方法基于倒立摆模型产生基本步态,并使用罚函数法和改进的强度Pareto进化算法(SPEA2)在可行域中求得基于基本步态的Pareto解集,从而找出最优解.最后在Matlab6.5仿真环境下进行步态仿真,并将...     

基于被动行走原理的双足机器人步态规划

为解决四连杆双足机器人的平面步态规划问题, 提出基于被动行走的平面步态规划。基于3毅向下坡面完全被动行走的动力学方程, 利用角度不变控制方法施加控制力矩, 得到机器人在水平面上的动力学模型。结合常数时间放缩方法对平面参考轨迹进行时间放缩, 得到机器人在水平面上步幅不变, 周期可变的行走步态。通过Matlab 软件数值仿真结果表明, 该研究方法是可行、有效的。     

ZMP-based Gait Optimization of the Biped Robot

The gait of the biped robot is described using six parameters such as stature, velocity, length of the step, etc. The algorithm of the Newton-Euler is actualized by object-oriented idea, and then the zero moment point (ZMP) of the dynamically walking biped is calculated. Finally, the gait of biped is optimized using gene algorithm, and the optimized result prove the correctness of the algorithm.     

双足行走机器人步态轨迹规划

 通过对双足机器人行走过程中一些特殊点进行采样分析,对比人类自身行走步态的观察测量值,采用三次多项式插值来计算出双足行走机器人在行走过程中的行走轨迹,按人体比例设定参数,计算得出了1条比较光滑平稳的行走轨迹,使得机器人的行走姿态更像人类的行走.通过模拟测试,结果表明了用三次多项式插值方法是1种规划双足机器人行走步态的较好方法,而且得出的轨迹插值函数比较平滑.     

A New Method of Desired Gait Synthesis for Biped Walking Robot Based on Ground Reaction Force

A new method of desired gait synthesis for biped walking robot based on the ground reaction force was proposed. The relation between the ground reaction force and joint motion is derived using the D'Almbert principle. In view of dynamic walking with high stability, the ZMP(Zero Moment Point)stability criterion must be considered in the desired gait synthesis. After that, the joint trajectories of biped walking robot are decided by substituting the ground reaction force into the aforesaid relation based on the ZMP criterion. The trajectory of desired ZMP is determined by a fuzzy logic based upon the body posture of biped walking robot. The proposed scheme is simulated and experimented on a 10 degree of freedom biped walking robot. The results indicate that the proposed method is feasible.     

A New Method of Desired Gait Synthesis for Biped Walking Robot Based on Ground Reaction Force

A new method of desired gait synthesis for biped walking robot based on the ground reaction force was proposed. The relation between the ground reaction force and joint motion is derived using the D'Almbert principle. In view of dynamic walking with high stability, the ZMP(Zero Moment Point)stability criterion must be considered in the desired gait synthesis. After that, the joint trajectories of biped walking robot are decided by substituting the ground reaction force into the aforesaid relation based on the ZMP criterion. The trajectory of desired ZMP is determined by a fuzzy logic based upon the body posture of biped walking robot. The proposed scheme is simulated and experimented on a 10 degree of freedom biped walking robot. The results indicate that the proposed method is feasible.