全方位四足步行机器人JTUWM—II转弯步态控制的研究

本文以四足步机器人为研究对象研究了转弯步态控制的实现途径。在分析前人研究的基础上，拟定了适合于实际控制的重心沿多折线行走的转弯步态，并详细讨论了转弯步态过程及其可行性。该步态控制已在所研制的ＪＴＵＷＭ－Ⅱ型全方位四足机器人上实现。     

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.     

无侧摆关节型两足步行机器人转弯步态规划方法的研究

首先介绍了无侧摆关节型两足步行机器人的平衡方法，然后对这类两足步行机器人转弯运动的步态规划进行了详细研究，建立了转弯过程中２只脚不发生干涉的条件以及为维持步行稳定性对重心的约束条件，最后通过对ＮＡＩＷＲ－１两足步行机器人的转弯运动进行计算机仿真，证实了本文所提出的转弯步态规划方法的正确性。     

离散化四足机器人自由步态控制方法

为了实现离散化四足机器人自由步态的控制,提出一种新的基于中枢神经模式发生器(CPG)的自由步态控制方法。介绍了离散化四足机器人模型,在已确定的地形中,设定四足机器人起始点与抵达点的状态。将连续步态按照离散化步态完成排序,形成排序集合。在此基础上,利用中枢神经模式发生器CPG,采用周期性振荡信号对离散化四足机器人腿部各关节进行控制,给出单独神经元模型。为了便于分析,使用互抑神经元构成的振荡器对神经元的输出信号进行改善,通过该振荡器产生规律的振荡信号,以控制离散化四足机器人完成自由步态移动。实验结果表明,所提方法能够有效控制离散化四足机器人实现自由步态移动。     

偏心轮腿六足机器人四足步态规划

提出了一种适用于偏心轮腿六足机器人的直行四足步态规划.以一个运动周期为例,分析了偏心轮腿六足机器人直行过程中5个阶段的运动状态,以及每个运动状态中偏心轮腿步态的参数变化并用状态矩阵加以描述.将该步态用于所设计的偏心轮腿六足机器人,在驱动电机的控制下,能保证机器人的直行前进.     

基于虚拟仿真的四足机器人步态分析

根据观察动物行走的特点,完成一种四足机器人的行走过程仿真分析。在三维软件Pro／E中建立四足机器人分析模型,导入仿真软件MSC．ADAMS中添加约束和动力,以一定形式的步态效果实现了四足机器人在平面上的行走过程,并以机器狗模型为例子分析了它的稳定性以及在行走过程中各部分动作产生的影响。     

四足机器人步态参数优化及探索性行走策略

为实现四足机器人在复杂的地形环境、有限的能量供应和不可预知的干扰下运动稳定，提高四足机器人穿越复杂地形的能力，采用了粒子群优化算法对经典步行步态参数进行优化，提出了一种易于实现、能适应不同地形的探索性步态. 所提出的探索步态不需要立体视觉或激光雷达所感测到的任何地形信息，机器人通过IMU传感器和足端力传感器接触地面来感知地形. 针对提出的优化方法和步态策略进行了仿真和实验，验证了所提出的探索性步态在穿越不平坦地形时的运动能力.      

基于生物中枢模式发生器原理的四足机器人

传统由人工规划产生的步态是比较僵硬的、缓慢的,缺乏灵活的自组织能力,与真正的动物步态存在很大差别.该文提出了机器人生物步态的概念.以生物的中枢模式发生器(central pattern generator, CPG)模型为核心建立四足机器人运动控制系统,建立CPG网络的权重矩阵与步态的对应关系.采用不同的权重矩阵得到四足机器人的典型步态.根据哺乳动物的肢体运动关系,建立机器人膝髋关节运动关系方程.通过仿真验证了基于生物CPG控制机理的机器人节律运动控制方法是有效的,机器人生物步态的实现是可能的.     

仿生甲虫六足机器人结构设计与步态分析

在分析仿生甲虫生物原型的特点及运动机能的基础上,进行了仿生甲虫六足机器人的结构设计与样机设计,运用机器人的结构仿生和功能仿生原理,基于甲虫原型设计了六足机器人,给出了每足3自由度的机器人结构。原型样机是以身体纵向中心线为对称的八边形设计,6条腿均布身体两侧,所有腿关节均由伺服电机驱动,关节间连接构件采用性能良好的合成塑料代替金属构件,设计从结构上保证了仿生机器人能够有效地模拟甲虫的运动能力。通过对仿生甲虫机器人三足运动步态,特别是直线行走步态和定点转弯步态的分析,给出了直行和转弯动作时6条腿的末端位置矢量表达式,利用SOLIDWORKS和ADAMS软件进行了机器人运动仿真,结果证明仿生甲虫机器人运动平稳,满足设计要求。     

一种四足机器人机构及运动学研究

四足机器人凭借离散式的支撑方式,具有比轮式和履带式机器人更强的非结构化环境适应能力,在抢险救灾、星际探索、军事反恐等领域具有广阔的应用前景。针对四足机器人运动的低惯性、高稳定性等性能需求,以德国牧羊犬为仿生对象,开展了基于连杆机构的四足机器人机构及运动学研究。通过对移动步态的研究,为满足机器人快速移动的需求,确立了以对角步态为主要移动方式。最终,搭建实体样机,通过实验验证了机构设计及步态规划的有效性,满足机器人运动的稳定性及适应性。     

基于积极性区域的红外步态识别方法研究

红外步态图像具有可见度和对比度低的特点,易造成预处理后人体目标分割残缺不全,从而影响步态识别的性能。针对此问题,提出一种基于积极性区域的红外步态识别方法。首先通过将平均步态图像(AGI)划分成头、手臂、躯干、大腿、前腿、后腿和脚等7个区域,然后使用基于Gabor的区域协方差矩阵方法提取每个区域的特征,识别时使用其中6个处理效果相对完好的区域信息,从而剔除了残缺区域对识别结果的影响。该方法在CASIA的红外夜间步态库上进行了测试,取得了较好的识别效果。最后进一步分析了人体各个区域对识别的影响和作用,并提出了积极性区域的概念,用于红外步态识别。实验结果和分析结果表明,本文方法鲁棒性好且有效。     

基于惯性测量器件的无线步态分析平台

步态定量测量方法应用于许多领域,如临床医学、双足机器人控制等.采用惯性测量单元结合无线传感器网络建立了一个步态分析平台,将两个无线惯性测量单元传感器节点分别绑定在左右双侧脚踝,以同时采集双脚运动过程中的加速度和角速度信号,并将其通过无线方式发送到远程终端.通过模式识别、时间序列分析、阈值检测和零速修正等多种数据融合方法计算步态参数,并通过融合双足传感器数据得到双支撑相、双脚步行周期等重要的双足步态参数,其中双支撑相参数对人体日常动作的识别有重要意义.实验结果显示该研究具有较高的计算精度.     

训练对于步伐周期长程相关性的影响研究

为研究普通人群和受训人群步伐特征的差异,设计静电探测器对两种不同人群样本踏步静电信号进行采集,采用消除波动趋势分析法对步伐周期及其相关序列进行分析,研究步伐训练对于步伐相关性的影响. 研究结果表明,步伐训练使受训人员比普通人员的步伐周期增量幅度序列具有更强的长程相关性,而符号序列具有更强的长程反相关性.      

A gait planning method applied to hexapod biomimetic robot locomotion

In order to fulfill the goal of autonomous walking on rough terrain, a distributed gait planning method applied to hexapod biomimetic robot locomotion is proposed based on the research effort of gait coordination mechanism of stick insect. The mathematical relation of walking velocity and gait pattern was depicted, a set of local rules operating between adjacent legs were put forward, and a distributed network of local rules for gait control was constructed. With the interaction of adjacent legs, adaptive adjustment of phase sequence fluctuation of walking legs resulting from change of terrain conditions or variety of walking speed was implemented to generate statically stable gait. In the simulation experiments, adaptive adjustment of inter-leg phase sequence and smooth transition of velocity and gait pattern were realized, and static stableness was ensured simultaneously, which provided the hexapod robot with the capability of walking on rough terrain stably and expeditiously.     

腰腿痛患者步态运动形象分析及研究

本文结合伤骨科诊断要求，以腰腿痛患者和正常人的步态运动形象为样本，利用计算机图形图象处理技术。计算机绘图方法，医学统计方法，显示，绘制和分析步态运动曲线图，为治疗腰腿痛患者提供评判疗效和改进疗法的依据。     

基于时序分析的四足机器人对称步态变换

提出了一种四足机器人一般步态的时序分析方法．该方法使用8个参数描述一般步态：步态周期、前双腿落地之间的滞后时间、后双腿落地之间的滞后时间、同侧双腿之间的滞后时间以及各条腿的负荷系数．运用该方法分析了常用对称步态,经过归一化处理后得到了一个跨步周期中各腿着地和抬起的时间序列．证明了匀速情况下具有等负荷系数的两种对称步态之间只需要一个步态周期就能够完成步态变换,从而得到变换步态中各腿着地和抬起的时间序列．计算实例表明了该方法适用于分析对称步态变换．     

步行训练机器人主动减重控制方法

减重步行训练是治疗由神经疾病导致的下肢步行障碍的重要手段之一.步行康复训练中由于患者下肢无法承载自身的重量,难以保持自身的平衡,因此设计可为患者卸载自重,并帮助其保持平衡的减重支撑系统显得尤其重要.对课题组设计的减重支撑系统提出减重控制方法,并构建控制系统,最终通过实验论证其可行性.实验结果表明,该减重控制方法可以满足主动减重控制的要求.     

人体步态分析与负重外骨骼机器人的动力学仿真

分析和识别穿戴者的步态信息,指导负重外骨骼机器人的机械结构设计,使其能够和穿戴者协调同步行走。设计仿人体下肢生物平台,利用传感器系统实时反馈人的步态数据,设计与建立步态数据库,在ADAMS中建立三维离线式仿真系统,结合步态的运动学数据,进行动力学分析,为机械结构的设计和驱动单元的选型提供了理论依据和数据支持。通过负重外骨骼机器人的穿戴测试,表明机械结构设计合理,可以真实反映关节转矩的变化。     

六足爬壁机器人过渡行走运动规划

过渡步态规划是实现多足爬壁机器人从地面向壁面自动行走的关键问题之一，对于在其它相交面间的自动行走也不可缺少．这里，探讨了一种将复杂的过渡行走运动用两个较易实现的简单部分—“单足跨步运动”和“机身俯仰运动”来组合完成的方法．并通过计算机图形仿真验证了上述方法的可行性和有效性．     

针对多发性硬化症病人的综合步态分析

 设计了一个针对多发性硬化症患者的三维步态分析实验,利用三维光学捕捉系统对实验被试身体不同部位标记点的三维坐标进行追踪和记录,成功发现了多个步态参数发生的变化,这些变化不仅能反映实验被试细微的步态功能上的变化,而且还与接受治疗的时间密切相关。此套基于步态数据的量化评估体系能够弥补目前广泛应用的评估方法主观和不够准确的缺点,为临床医生改进治疗方案以及制定更加有效的治疗方法提供帮助。