欠驱动机器人强化学习算法仿真及结果分析

针对纯被动机器人对环境变化敏感,抗干扰能力差等问题,提出了一种基于Sarsa(λ)强化学习的底层PD控制器参数优化算法.在MatODE环境下建立双足有膝关节机器人模型并进行控制器设计.通过与传统控制器仿真结果的对比分析,得出该算法可使模型获得更加稳定的行走步态,同时提高了系统抵抗斜坡扰动的能力,增强机器人的行走鲁棒性.     

双臂巡检机器人位姿变化下沿悬链线行走能力分析

为解决双臂巡检机器人沿输电线行走过程中存在的行走轮受力不均,易打滑脱线等问题,提出一种移动关节主动调节方法.分别建立了传统的双臂巡检机器人、带柔索双臂巡检机器人和带移动关节双臂巡检机器人行走轮受力模型,对比分析发现:机器人在最佳位姿状态下,受力情况最好,不易发生打滑问题.建立了巡检机器人关节变化的动力学模型并设计主动控制器,对机器人行走越障和沿线行走两种工况进行了仿真模拟.所设计的控制器能够协助机器人完成大坡度巡航与行走越障工作,并能够有效抑制关节振荡问题,缩短响应时间.最后开展了机器人行走越障与不同坡度行走实验,表明所设计的控制器能够辅助机器人完成巡检任务,有效抑制了行走打滑问题.     

助行康复机器人助力行走控制研究

针对一种助行康复机器人助力行走训练策略,进行了机器人助力控制研究.考虑使用者差异及机器人系统误差等干扰,建立了人机系统动力学模型及机器人助力控制模型.通过分析系统特性设计了前馈-反馈复合控制器,为解决扰动力导致的移动单元转弯及推力突变问题,设计了模糊制器调整期望推力实现人机系统协调运动,利用Matlab软件对助力行走过程进行了控制仿真分析.研究结果表明:助力控制系统能够抑制干扰的影响,对人体提供期望推力,满足使用者对助力行走训练安全性和稳定性的要求.     

不同路况对人体下肢肌肉特征参数的影响

提高医疗康复辅具的智能化水平能够明显改善老年人等弱势群体的运动步态及肢体运动能力,以及增强他们的自理能力、社会参与能力.因此,有效地获取人体在不同运动模式下的步态信息并将其应用在智能动作辅助系统控制系统的设计上是目前需要解决的重要问题.肌电信号能够很好地反映人体在运动时的肌肉活动状态和功能状态,本文针对不同路况下人体下肢肌肉的表面肌电信号进行一系列实验研究.通过比较人体下肢主要肌肉群的特征参数,得出人体下肢存在优势侧和非优势侧的结论,且不同路况下的这种差别是不同的.此外,本研究还通过分析不同路况下行走时人体下肢4组主要肌肉群(股内侧肌(VMO)、胫骨前肌(TIB)、半腱肌(SEM)和腓肠内肌(MED))的特征参数变化,得知双下肢的肌肉特征参数随路况的变化而变化的具体参数特点.本研究揭示了在不同路况下行走时人体下肢主要肌群的活动状态和变化特征,可为有行走功能障碍的患者及老年人的医疗诊断、康复训练及康复评定提供依据,同时也为双足机器人/智能助行器的优化设计奠定了基础.     

负载横移扰动下人体步态频率变化特性

为了研究人体行走时适应负载横向动态干扰的机制,从而设计可靠的穿戴式机器人辅助策略,提出采用基于双自由度受迫振动模型构建人-负载耦合系统。基于机械振动原理分析人-负载耦合系统特性,给出不同行走频率对人和负载位移的影响,提出人体通过调节行走频率适应负载横移扰动影响的假设;搭建负载横向动态干扰人体行走实验平台,获得实验对象无负重行走以及负载横向扰动下的肌肉协同特征及腿部激励频率,并与仿真结果进行对比分析。实验结果表明：负载横移扰动下人体行走是一个适应性调整并最后进入动态稳定的过程。其中,在负重情况下的人体上肢躯干摆动幅度比无负重情况下摆动增幅大60%,人体通过调整行走频率以及相关肌群肌肉协同策略来减少负载横向动态干扰带来的上肢躯干摆动影响。在负重情况下,不同行走速度的步态频率均趋向于人-负载耦合系统的固有频率,设定常速频率与固有频率相同,慢速下行走到达稳态时腿部激励频率上升4.30%,快速下腿部激励频率下降2.71%,负重下的行走控制策略与无负重下的行走控制策略相比发生了改变,以适应负载横移扰动带来的影响。     

基于递归神经网络的永磁同步电机控制器设计

在永磁同步电机矢量控制系统中,采用递归神经网络控制器作为速度控制器来模拟在电机参数变化和负载扰动下的最优速度输出。神经网络采用扩展卡尔曼滤波方法实现在线训练,并在Lyapunov稳定性意义下对网络的学习率进行了分析。该神经网络矢量控制系统具有良好的动、静态特性,同时在变速和变负载情况下效果理想。该方法在一台1.2 kW永磁同步电机驱动系统上验证通过。     

仿人服务机器人的平衡控制

仿人机器人具有复杂的耦合非线性特性,因此仿人机器人的平衡控制具有重要的研究意义。针对仿人服务机器人系统,研究智能仿人服务机器人的平衡控制。首先,研究智能双足仿人机器人HUBO的行走与站立时平衡模式,分析HUBO基于ZMP的步态规划方法,并分析HUBO内部各个关键控制器的控制方式,以保证机器人行走时的平衡。然后,通过这些信息,使用Simulink对各控制器进行仿真,验证控制效果。最后,通过仿真分析、改进各项控制参数,进一步改善了仿人机器人步态平衡控制,达到较好的步态平衡控制效果。     

仿生机器人步态规划与控制系统设计

文章分析了六足仿生机器人典型直线行走步态和定点转弯步态,给出了不同步态下的机器人落足点的位置矢量表达式.根据六足步行机器人的机械结构和关节运动的协调性、准确性的控制要求,确定六足仿生机器人控制系统的设计,实现了六足仿生机器人按步态规划运动,通过测试,验证了整体设计方案的正确性和可靠性.     

轮式机器人遗传模糊神经网络转向控制

针对数学模型复杂的轮式机器人的转向控制问题，使用基于遗传算法的模糊神经网络转向控制方法．首先建立车辆的神经网络模型，然后构造模糊神经网络控制器，再用遗传算法寻找模糊神经网络控制器的参数，最后提高控制器对速度变化的适应性．仿真表明，该方法可以对机器人的转向进行有效控制，效果良好，能适应各种不同速度变化，是一种有实用意义的控制方法．     

液压四足机器人关键步态参数优化

针对四足液压仿生机器人walk步态中足端轨迹规划问题,提出了通过优化步高和步长这两个关键步态参数来提高机器人行走稳定性的方法。通过聚合交叉的方法进行实验设计,用速度和步长及仿真得到的评价函数值进行三维曲面拟合,用速度截取所拟合的曲面得到不同速度下的最优步长。较优的步高确定采用二分法。步高和步长的优化效果用评价函数和Adams仿真进行验证,其中评价函数的构造充分考虑了表征机器人机身姿态平稳性的多组参数;四足机器人行走的仿真实验表明使用所述方法优化后的步态参数进行足端轨迹规划,得到的机器人静步态具有优异的运动性能表现。      

助行训练机器人骨盆位姿控制机构运动学建模及仿真

助行训练机器人是一种帮助偏瘫、截瘫患耆进行行走训练的康复设备,其作用是通过对人体骨盆中心和腿部的控制实现行走功能,进而达到锻炼肌肉和康复行走功能的目的．该文提出了4自由度骨盆位姿控制机构,基于齐次坐标变换建说了位姿控制机构的运动学模型,利用MATLAB／Simulink完成了运动学仿真,验证了运动学方程的正确性．本研究为助行训练机器人控制系统设计提供了依据．     

基于自适应网络的动态双足机器人模糊控制

提出一种基于步态规划分级结构的自适应网络模糊推理系统控制策略,该方法不需要确定双足机器人运动学和动力学模型.以一种动态双足机器人为例,建立机器人的Sugeno模糊模型,对机器人系统的不确定上界进行自适应参数估计,采用自适应控制器逼近未知不确定界,解决了一类非线性系统的稳定控制问题.控制器的设计只要求不确定性满足匹配条件,而无需知道不确定界,能够处理不确定参数变化范围更广的情况,减少控制系统设计中的保守性.设计的分级控制系统可以学习试验的输入输出数据,从而在动态平衡下进行行走.同时,模糊控制器的进一步在线学习能力可以显著地改善步行机器人的动态性能.     

基于Petri网模型控制的步行机器人的自由步态

为解决步行机器人在复杂环境下的运动问题 ,根据步行运动的特点 ,提出了单腿运动的 Petri网控制模型 ,又以5足步行机为例 ,建立了与其腿数相对应的多腿协调控制模型 ,并制定了相应的控制策略。在此基础上 ,重新提出了有关步行机器人自由步态的有关概念及其运动规划算法 ,定义了保持静稳定行走状态的运动条件和判断方法。最后对 5足步行机在平面不连续落足区内的跨沟运动进行了仿真。仿真结果表明 ,提出的运动控制模型和自由步态能够自动适应运动环境 ,实现离散地形下的步行运动     

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     

基于STC89C52控制系统的校园送餐机器人设计

针对校园安全和学生送餐需求,设计了一种以STC89C52单片机为控制核心的全自动校园送餐机器人。送餐机器人由通过吸盘式直流牵引电磁铁连接的自主行走单元和外卖箱单元组成。控制系统作为送餐机器人的核心,由主控模块、红外传感器模块、超声波避障模块、电机驱动模块、电源模块等部分组成,具有路径识别和自主避障的功能,可以准确地识别目标路径。自主行走单元系统采用PWM调控机器人的速度,安装在机器人底盘上的新型集成红外传感器DRS3100对轨道形状及宽度进行循迹,并将检测到的信号传输给STC89C52,控制机器人左右电机的运转,进而调整运行方向或停止。应用超声波测距模块,通过单片机及程序的控制使送餐机器人在检测到距离障碍物20 cm左右时停止工作。使用运动函数控制机器人的动作完成全自动化送餐。在试制的样机上进行了机器人控制系统性能测试,实验结果表明,该送餐机器人运动平稳,适应能力强,具有很高的实用价值。     

类圆规双足被动行走模型及其稳定性

研究一种两杆三质点类圆规双足被动行走模型,在行走模型上增加支撑脚横向和纵向两个自由度,以该模型为研究对象,求解被动动态行走步态,并分析其局部和全局稳定性.结果表明当模型的雅克比矩阵最大特征值在单位圆内且初始状态在吸引域内时,行走步态稳定.为理解双足行走的运动机理提供指导,同时也为设计稳定、高效的双足机器人提供分析思路.     

人体下肢康复训练机器人及其造型设计

为帮助中风后的病人、下肢运动功能弱的老年人、事故或灾难造成的人体下肢运动障碍等的人群进行行走能力的恢复,设计了一种针对人体下肢运动功能恢复的康复训练机器人,解决了智能康复辅具的不足问题.该康复训练机器人由机构、控制系统和安全系统构成,并集成了多种传感器,可实时伴随训练人士,通过人机交互系统实现自动向前、左右转弯和防摔倒等功能.实验表明该系统操作简单,可靠性高.开发了两代下肢康复训练机器人,第一代康复训练机器人已在医院得到了初步应用.对文中讨论的第二代康复训练机器人在造型和局部功能方面进行改进,给出了康复训练机器人的造型设计方案.      

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.     

下肢康复训练机器人单片机控制系统设计

康复训练机器人是近年来出现的一种新型机器人，下肢康复训练机器人是其中的一种，它可以模拟正常人的行走姿态，对下肢有运动障碍的病人进行下肢康复训练．详细介绍了它的机械结构和工作原理，由AVR单片机实现的控制系统以及软件设计，给出了实验样机照片和实验所得数据，样机基本实现了模拟正常人的行走姿态的功能，为康复训练机器人的进一步研究打下了基础．     

双足机器人动态步行仿人智能控制

针对双足机器人动态步行中存在的控制器复杂问题,提出了一种基于仿人智能控制的动态步行运动控制器.建立了平面五杆双足机器人动力学模型,通过模仿人类步行运动并根据动态步行过程中双腿的姿态变化,将动态步行复杂任务分解为顺序执行的4个过程,结合相平面法定性定量的分析,设计了步行运动控制模态及相应阶段的动觉智能图式群.仿真实验表明,该方法实现了双足机器人连续动态步行运动,控制方式简单易实现.