自主式陆行车障碍回避用的感知系统

引言 运动机器人在室外环境中的自主导航是一个困难而复杂的任务。这类机器人执行的典型动作包括沿路行走、障碍回避、路标识别和越野导航等。机器人的感知系统应能给出一个精确的环境描述,以便它灵活行动。 本报告集中讨论用来探测和定位道路环     

基于全息地图的机器人与操作手同步路径规划

针对机器人行走路径规划与机械手操作路径规划之间缺乏同步性,提出了一种机器人与机械手同步路径规划方法,使机器人在路径规划时不仅可以实现行走路径规划,还实现了对操作路径的规划。首先,借鉴人对空间规划的思想,设计了实现机器人与机械手同步规划的总体思路,并且给出了其涉及的两个新概念,分别为物品点和二维物品操作点;其次,设定了同步规划模型,利用转换矩阵将其同化为机器人路径点模型;最后,将机器人路径点模型分裂为二维行走路径规划模型和三维路径规划模型,并据此同步的规划行走路径和操作路径。在家庭环境下,家庭服务机器人基于全息地图利用该方法实现了机器人行走与机械手操作之间的同步性,同时也可以生成合理的行走路径和操作路径。     

异构双腿行走机器人的联合仿真研究

针对异构双腿行走机器人中的人工腿部分建立了运动学和动力学模型,并建立整个机器人实验平台的三维虚拟样机。在仿真软件ADAMS中对异构双腿行走机器人的运动学方程进行了验证,结合MATLAB的simulink模块对动力学方程及控制系统进行了联合仿真研究。针对机器人在不同的步态要求下的驱动力矩要求提出了一阶p型开闭环迭代学习控制算法,实验结果证明这种控制系统能够很好地追踪关节处的力矩并收敛于理想曲线,联合仿真平台的建立对于复杂机器人的开发具有重要意义。     

欠驱动双足步行机器人通用仿真软件的开发

设计了欠驱动步行机器人开放式通用仿真、实验测试软件平台,应用MATLAB对具有膝关节的多自由度欠驱动双足行走机器人进行了运动.动力学建模与数值仿真,利用姿态还原算法重建机器人行走的运动学过程,应用计算机通信接口实现与机器人原型机的双向通信与控制连接,并应用VC++/OpenGL实现了人机交互界面和机器人行走的3D动画演示,研究成果对欠驱动双足机器人仿真、控制开发以及实验研究具有重要的应用价值.     

行走机器人及其应用

用于装配、焊接、喷漆等作业的工业机器人大多是固定式的,这使它们的应用受到了很大的限制。本文首先从工业机器人的应用谈起,随后介绍了行走机器人在空间、海底、原子能工厂,以及为盲人引路和在未来战场上的应用,介绍了美国国防高级研究计划局的有关研究内容。文章还介绍了行走机器人中多腿机器人的研究情况,最后介绍了近年来研制出来的三个机器人;自动轮椅车、警卫机器人和演奏机器人。     

基于虚拟样机技术的双足机器人运动仿真研究

应用三维建模软件SolidWorks建立了HIT-ROBOCEAN双足机器人的简化模型,导入虚拟样机仿真分析软件Adams中生成虚拟样机模型,并通过在科学计算软件Matlab中得到的机器人行走步态的关节运动轨迹对虚拟样机模型进行控制,通过联合仿真获得机器人行走步态的三维仿真动画,并利用该虚拟样机模型对机器人行走步态进行运动学及动力学分析。为双足机器人步态规划的研究提供了一种新的方法。     

欠驱动双足步行机器人运动控制与动力学仿真

以欠驱动双足步行机器人为对象,提出一种基于落脚位置控制的运动控制算法,并对其行走控制过程进行动力学仿真。首先基于三维线性倒摆模型(3D-LIPM)控制机器人的落脚位置,建立其行走姿态的虚拟约束,利用有限时间收敛反馈控制器对行走过程进行控制,实现了机器人的动态稳定行走。最后结合MATLAB的符号运算、SIMULINK和虚拟现实技术对其控制过程进行运动学和动力学仿真。实验结果表明控制算法是可行的。     

动态环境下基于子目标的移动机器人路径规划方法

在移动机器人路径规划领域中,沿墙行走策略是解决人工势场法局部极小问题的一种简单但有效的方法。然而,已有的沿墙行走方法往往只适用于静态环境。为了在解决人工势场法局部极小问题的同时,保证其在动态环境中的有效性,本文对沿墙行走方法进行了改进,提出了一种基于子目标的方法,利用机器人周边的动态斥力势场调节沿墙运动的距离,通过设置子目标引导机器人躲避运动障碍物。仿真研究验证了该方法的有效性。     

5连杆双足机器人建模和控制系统仿真

步行机器人作为一种载运工具适应地况能力强,结构复杂,运动控制难.实现类人型机器人动态行走,必须对机器人进行动力学建模、步态设计和稳定姿态控制算法设计.研究了一种5连杆双足机器人的动力学建模和控制系统仿真方法.建立两足步行机器人腿的可参数化仿真模型,对5平面双足机器人的运动情况和控制输入输出进行仿真,得出试验结果.并对影响步行机器人稳定性能的参数进行分析,为后面机器人样机的研制提供理论及数据依据.     

基于虚拟样机的井下机器人行走仿真试验

在石油故障井井下作业探测机器人原理与结构设计的基础上,在Pro/E环境下建立了具有5000N牵引力、适应Φ90mm～Φ130mm井眼变化的石油井故障探测机器人虚拟样机,利用ADAMS建立了探测机器人运动学与动力学分析模型.通过机器人支撑脚卡紧过程仿真试验及其在不同井眼下的行走仿真试验,得出该探测机器人可以在石油井井下环境中卡紧井壁、适应不同的井眼变化、稳定行走,这为石油井探测机器人的改进设计与研制提供了可行的技术方案.     

高负载四足机器人的步态规划与控制

针对高负荷的四足机器人设计了位置控制器,实现了机器人在平坦地面上的稳定行走。使用的四足机器人为自主研发,该机器人设计有特殊的驱动系统和创新性的并联式腿结构,实现了机器人的高负载能力。利用Bezier曲线为机器人设计了足尖运动轨迹,提高了机器人的稳定性。仿真结果和实验验证了所设计控制器的有效性。     

基于OpenGL的小型组机器人足球仿真平台设计

机器人足球是人工智能与机器人领域的基础研究课题。实现了基于OpenGL的小型组机器人足球仿真平台,并对其中的关键技术进行了讨论。仿真平台建模简单、直观,使用射线追踪算法很好地实现了世界模型的碰撞检测,对机器人的运动以及控球性能也作了精确的模拟,并实现了多种人机交互功能。三维仿真平台的应用能更好地协助实物机器人足球系统的先期调试,也为实际比赛后的数据分析提供了有利的工具。     

变刚度双足机器人半被动行走控制研究

为研究半被动双足机器人的平面稳定行走控制问题。以三自由度变腿刚度的双足弹簧-质点模型为对象,采用变刚度弹簧所提供的力和髋关节的转动力矩作为行走动力源,并采用拉格朗日方法建立了系统的动力学方程。通过PD控制器设计髋关节转矩进而对上体的旋转角度进行控制,通过反馈线性化方法分别设计了双足机器人在单支撑和双支撑阶段因变弹簧刚度产生的控制外力。在理论分析的基础上,进行了仿真研究。结果表明：文中研究的路径跟踪控制方法可以实现双足机器人在水平面的稳定周期行走并且具有较强的鲁棒性。     

基于HMCD的仿人机器人步态规划

结合机器人本体结构设计和自由度配置,分析、调整了HMCD(Human Motion Capture Data)。采用模仿法把调整后的步态应用于步态规划。根据目前大多采用的两步规划法的不足,给出了改进后的三步规划法,并结合零力矩点(ZMP)稳定判据方法规划得到机器人稳定行走的关节运动曲线。最后对机器人前向运动、侧向运动进行了仿真,仿真结果表明基于HMCD的三步规划法可行。     

机器人控制中的一个问题

机器人控制是当前控制理论工作者最感兴趣的课题之一。从一开始,人们就试图把现代控制理论中的一些方法,如适应控制、鲁棒控制、极点配置与镇定、二次型控制、参数辨识等等应用于机器人控制,这几年提出的各种非线性控制方法也都用上了。Luo和Saridis在[4]中成功地应用最优控制理论于机器人控制,指出在特定的二次型指标下,早前在机器人控制中人们提出的预计算力矩控制、运动加速度解出控制和端点PID控制等都是最优控制的特例。本文中我们将讨论末时刻状态在零约束条件下的这种二次型最优控制,指出它可以看作正常二次型最优控制问题的某种意义下的极限。为了从数学上严格说明这个问题,我们先讨论一般形式的末时刻状态受限制的二次型最优控制问题。     

基于Matlab的双足机器人动力学仿真及仿生控制平台

针对仿生控制的特点,构建了一种Matlab环境下的双足机器人动力学仿真及仿生控制平台。为了充分利用关节自身的被动特性,描述了由非外界约束引起的自由度变化,以及双足机器人在运动相态间的合理切换。同时,考虑到碰撞是机器人运动的固有特性,建立了包括碰撞在内的混合动力学模型,最终实现控制器与机器人、环境的耦合。在此平台上,对设计的仿生控制算法进行了仿真：借助机器人自身运动状态和环境交互信息,协调各个关节的动作时序,实现了低能耗的稳定行走。结果表明,该平台为双足机器人仿生控制及其运动特性分析提供了有效的仿真手段。     

基于基本变量集的仿人机器人在线运动规划

仿人机器人在线规划方法对于其走向实际应用具有重要作用.通过对仿人机器人运动规划方法的调研以及实时性需求分析,提出了一种基于基本变量集的仿人机器人在线规划方法.该方法将运动规划问题转化为反映机器人运动状态的基本变量集的规划问题,通过对基本变量的规划和计算,得到基于关节空间的运动状态序列.该基本变量集包含零力矩点、仿人机器人重心(CoG)、髋部中心(CoC)、脚掌位置及相关关键姿态关系,所提方法结合仿人机器人动力学约束和物理约束,给出了关键变量集的规划和计算方法.最后,通过仿真实验,对规划结果的可行性进行了验证,实现了仿人机器人的稳定行走.     

基于辐射扫描算法的机器人路径规划与仿真

针对基于生物激励神经网络(Biologically Inspired Neural Network,BINN)算法的机器人路径存在重复率高、转弯次数多的问题,提出一种将模板模型与辐射扫描(Radiation Scanning,RS)算法相融合的改进遍历路径规划算法(Improved Traversal Path Planning Algorithm,ITPPA)。利用BINN算法制定无障碍物行走策略;设计多个避障路径模板,保证机器人有序的避开障碍物;利用RS算法引导机器人迅速逃离死区。仿真结果表明:与BINN算法相比,ITPPA能够有效降低路径重复率和转弯次数,同时帮助机器人快速逃离死区,降低机器人能耗,提高了工作效率。     

基于阻抗和虚拟模型的四足机器人控制方法

为提高四足机器人的运动稳定性,提出基于阻抗和虚拟模型的控制方法。采用基于力的阻抗控制方法进行腿部摆动相的控制,实现摆动相较为精准的轨迹跟踪以及腿部的柔顺控制;采用虚拟模型控制方法进行支撑相的控制,实现对机器人机身姿态的控制,实现了四足机器人的稳定行走。结合横向跨步策略以及虚拟模型的偏航角控制策略,提出机器人抗侧向冲击控制方法,保证了四足机器人受侧向冲击后能够保持平衡并恢复运动状态。仿真结果验证了所提出的控制方法的有效性。     

基于OpenGL的仿人机器人步行仿真研究

已有的仿真建模中,为了减少复杂性,大多将人足模型简化为点或圆弧,这与实际情况相差较远.在C++Builder 6.0环境下利用“Open GL”图形库建立了3D仿人型机器人双足步行仿真系统,用多关节串联机构模拟足部,实现包括由前脚掌支撑、足部转动的多种步态方式,并分析步行中各种步态间的转换,根据机器人脚跟、脚尖与地面接触状态的变化动态切换不同的步态方式,符合人足步行的实际情况,增强了机器人步行的灵活性与拟人性.该系统的控制部分采用位置反馈与正弦驱动相结合的行走控制方法,通过对人足模型的多关节动力学建模,有效地实现了机器人的稳定步行仿真,并实现了步行过程中的实时步态调整.