脊柱型四足机器人粗糙可变地形对角小跑运动控制

为了实现脊柱型四足机器人在粗糙可变地形上的对角小跑运动,在运动学分析的基础上提出了基于中枢模式发生器的控制方法,包括步态规划、地面倾角估计、姿态控制、碰撞反射、踏空反射和侧向步反射6个模块.步态规划生成控制机器人运动的腿部和脊柱关节信号;地面倾角估计估计地形倾角,并根据倾角调节规划的足端轨迹;姿态控制控制机体和地面保持平行并控制机器人的航向角;碰撞反射控制摆动腿在碰到障碍物时可以快速越过并恢复到规划的运动轨迹;踏空反射控制支撑腿在遇到下凹地形时可以快速撑地并恢复到规划的运动轨迹;侧向步反射抵消外力的影响,防止机器人侧向倾覆.通过控制机器人在不同地形运动可以分步调节并确定各模块的控制参数.仿真结果显示,利用提出的控制方法脊柱型四足机器人可以顺利通过包含外力干扰、台阶、斜坡和楼梯的结构化地形,以及由不同角度随机排列直角三角体模拟的粗糙地形、由不同角度随机排列直角三角体和球形颗粒模拟的粗糙可变地形.     

工业机器人绝对定位误差的建模与补偿

为了提高机器人的绝对定位精度,建立了机器人绝对定位误差模型并进行了补偿方法研究.将定位误差分为几何参数误差与柔度误差,分别建立相应的误差模型.几何参数误差研究以MD-H(修正型D-H)运动模型为基础,对柔度误差的影响进行了解耦,并考虑了机器人基坐标系与测量坐标系的转换误差,提出了基于相对位置的几何参数误差模型.柔度误差研究针对机器人的构造特点,建立了针对关节2和3的误差模型,简化了计算模型.最后基于所建立的两种误差模型,提出了误差补偿方法,并采用该方法对机器人进行了实际补偿实验.结果表明,平均绝对定位精度由补偿前的1.173 mm降至补偿后的0.158 mm,说明文中方法可有效提高机器人的绝对定位精度,扩展机器人的应用范围.     

四足机器人坡面运动时的姿态调整技术

提出了一种四足机器人对脚小跑步态下的坡面运动姿态调整策略.采用复合摆线对机器人足端轨迹进行规划,以减小足端在换相点处与地面间的瞬时冲击;以机器人质心在斜面上的落点到支撑线的距离为判据进行四足机器人坡面运动稳定性分析,得到其姿态调整的确定值.在Adams中建立了四足机器人的虚拟样机模型并进行了仿真试验,试验结果证实所提出的姿态调整策略对提高四足机器人坡面运动稳定性有效.      

短跑落地缓冲时伸髋高摆扒地技术的生物力学分析

从生物力学的角度对短跑落地脚的动作进行分析，指出脚落地瞬间其绝对速度与人体整体运动方向一致，迄今未见例外．因而地面对落地脚的反作用力只能是阻力、制动力．进而对所谓落地脚积极下压扒地可以产生动力致使人体加速的错误认识进行澄清和纠正．     

基于单维拉线测量系统的码垛机器人定位误差分析及运动学标定

以四自由度码垛机器人为研究对象,基于单维拉线测量系统对该机器人的运动学标定方法进行了研究.采用环路增量法构造了码垛机器人平行四连杆的误差模型,并建立了带关节变量比例系数的运动学误差模型,从而对关节传动误差进行补偿.通过对影响机器人末端位置精度的几何误差参数进行敏感性分析,将几何误差源简化为11项,可有效提高辨识效率.结合单维拉线测量系统的特点,建立了末端运动误差与几何误差源的映射关系,进而提出了一种基于距离测量的参数辨识模型.通过计算机仿真和标定试验对该方法的有效性进行了验证.试验结果表明,标定后码垛机器人位置误差3?值由11.73,mm减小至1.79,mm,运动精度提升84.7%,.     

颌骨重建手术机器人定位精度分析与误差补偿

为提高颌骨重建机器人的精度,借助于—台可以实现绝对坐标测量的高精度光学定位跟踪仪,对机器人系统的定位精度进行了误差分析与补偿研究.针对结构参数和运动变量误差,采用修正的运动学模型,进一步真实地反映了机器人的实际结构参数;对齿轮传动误差和间隙引起的关节回转误差通过实验进行了修正,有效提高了关节传动精度;对零位定位误差,通过机器人逆运动学反解出关节转角,并进行误差补偿,提高了定位基准的精度.实验结果表明上述方法可有效提高颌骨重建机器人的定位精度.      

微阵列制备机器人分向前馈误差补偿控制

为了提高半闭环微阵列制备机器人的定位精度,根据机器人运动误差具有方向性的特点,提出了分向前馈误差补偿技术。建立了微阵列制备机器人系统误差前馈补偿的传递函数模型,对系统的准确性、快速性与稳定性进行分析,从理论上证明该方法在提高机器人精度方面是可行有效的。研究并实施了回程误差与其他非线性误差的分向补偿算法。在清华大学开发的...     

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.     

一种补偿测量机z向运动平行度误差的方法

针对一台在连续转动过程中利用内外两个测量架同时测量内外表面的三坐标测量机,研究了其误差补偿.研究中发现在空间不同高度处测量结果出现较大差异的主要原因是内外测量轴的z向运动轴线与回转轴线之间的不平行.为了提高测量精度,设计了一种具有上下两个标准环的标定装置,根据两个标准环的测量结果对热误差及其引起的z向运动平行度误差进行补偿.为了减小温度变化的影响,在每天开机时或温变较大时,进行一次自动标定.实验结果表明,该方法有效地减小了上述误差,将不同高度间测量数据偏差控制在0.015,mm以内,满足了测量机使用要求.     

从60 cm高度下落到不同硬度的地面下肢关节的力学响应

研究了从60 cm高度下落到2种不同硬度的地面,即木板地面和海绵垫时下肢关节的力学响应.结果表明:人下落到软的地面上时下肢关节的受力、力矩显著减小,关节的角度变化显著增加,从着地到落地停稳所用的时间显著增加.各关节力矩是外力矩与肌肉力矩共同作用的结果,正确的落地技术应该是3个关节的力矩同时减小,掌握正确的落地技术的实质是掌握正确的肌肉被拉伸与收缩的顺序和大小.从60 cm下落着地后,不论是何种地面条件,3个关节的力矩以髋关节力矩为最大,膝和踝关节肌肉是在髋关节控制下起互相协调作用.     

对途中跑着地缓冲技术的再分析

通过途中跑着地缓冲技术的分析．得出：着地缓冲时，不管支撑腿的脚着地变化情况，人体作加速运动的动力来源于髋关节、摆动腿、骨盆、摆臂等肌肉进行收缩时，对相向运动的施力部位产生向后的作用力，通过支撑作用于地面．取得向后方的水平力，从而使人体克服水平制动．取得向前的动力。     

基于虚拟模型的四足机器人控制策略

为提高四足机器人在对角小跑(Trot)步态下的行走稳定性,并减小控制策略的复杂程度,提出了一种基于虚拟模型的四足机器人控制策略;将四足机器人控制策略分为支撑相及机身运动控制、摆动腿相运动控制及足端轨迹规划三部分;在 Trot 步态下行走时支撑相中存在的前后对角支撑足,在分析四足机器人支撑足受力情况后,并添加相关的约束条件,实现了四足机器人足端力及力矩可控;并通过在四足机器人机身的质心位置添加相应的虚拟弹簧阻尼组件,实现了四足机器人姿态和高度控制;通过在摆动腿足端实际位置与环境之间添加虚拟的弹簧阻尼组件并结合足端轨迹规划实现了四足机器人柔顺行走以及足端轨迹跟踪精确性;通过 Matlab 和 CoppeliaSim 建立联合对比仿真验证了控制策略的有效性和优越性。     

基于深度学习的立定跳远视觉检测方法研究

针对现有立定跳远视觉检测方法中起跳和落地瞬间判断不够准确、落地瞬间脚部遮挡导致测距点缺失影响跳远测距精度的问题,提出一种基于深度学习的立定跳远视觉检测方法.首先提取测试者的人体骨骼关键点,利用跟踪微分器对膝关节角去噪,通过膝关节角的极大值点准确判断起跳和落地瞬间;然后通过YOLO v5目标检测和帧间差分法定位到测距点,采用卡尔曼滤波对测距点进行轨迹跟踪,预测落地瞬间缺失的测距点位置,将测距点的观测值和预测值进行卡尔曼滤波融合来提高测距点的定位精度;最后进行透视变换校正,根据测距点的融合值计算立定跳远距离.试验结果表明,该方法的立定跳远测量平均绝对误差为0.497cm,符合立定跳远测量1 cm精度的要求.     

A buffering method for quadruped robots based on active impedance control①

Compared with wheeled or tracked robots , legged robots exhibit advantages on agile locomotion and higher survival chance for deadly impacts .A buffering strategy is proposed for quadruped robots with non-extreme initial attitudes from the end of air-righting to the steady standing on the ground . This approach consists of landing phase , buffering phase and recovering phase .The variable stiff-ness control, proportional-derivative(PD) force control and foot trajectory planning are applied to the joints of quadruped robots until the end of the recovering phase .The PD parameters are tuned according to the desired performance of each phase .The above approach is verified on a virtual plat-form.     

柔性起落架间隙型摆振动力学分析

针对某型飞机在服役过程中出现的起落架间隙型摆振问题,基于起落架柔性多体动力学模型,采用L-N(Lankarani-Nikravesh)接触理论建立了含间隙旋转副、球副动力学子模型,并采用起落架动力试验的结果对模型进行效验;定义了间隙位置对起落架间隙型摆振的影响分类;然后研究了运动副副元素刚度、运动副间隙大小以及飞机滑跑速度对起落架间隙型摆振的影响.结果表明:转环与上扭力臂处和支柱与下扭力臂处间隙对机轮低频摆振影响要比扭力臂间间隙影响大,但对起落架摆振影响都属于第一类.轮毂轮轴间间隙影响机轮高频摆振,对起落架摆振的影响属于第二类;在设计范围内,运动副副元素弹性模量越小,机轮摆角、运动副间碰撞接触力越小;运动副间隙越大,摆角越大.飞机滑跑速度越大,机轮摆角越小.研究结论可为间隙型摆振的发生机理和防摆设计提供研究途径.     

足球高踢技术动作下肢环节链的生物力学特征分析

目的:探讨大学足球校队足球运动员与一般健身者在执行足球高踢动作时,整个动作下肢各肢段及关节活动范围,为足球教学人员及教练员的课堂教学提供参考.方法:采用Qualisys运动图像拍摄及解析系统(瑞典)获取足球高踢动作摆动腿各肢段运动学参数.拍摄频率100帧/s,数字摄像机将撷取到反光球反射的模拟讯号,透过视讯与模拟讯号处理器,将模拟讯号转换成数字信号,进而获得相应运动学参数.结果:(1)在相近的时相阶段,足球运动员大腿肢段后摆最大角度、小腿肢段后摆最大角度、足肢段后摆最大角度均显著大于一般健身者;(2)高踢过程中,足球运动员膝关节总活动范围与一般健身者并无差异,前者踝关节活动度范围显著大于一般健身者;(3)足球运动员与一般健身者执行高踢动作的总时间、足踢最大高度、下肢各肢段达到最大后摆时间、最大角度峰值、最大后摆角速度及最大前摆角速度等参数发生的时间与一般健身者无差异.结论:与一般健身者相比,足球运动员是通过增加下肢肢段的后摆角度,从而获得较快的肢段速度.     

基于随动加载的起落架载荷误差评估与修正

全尺寸飞机柔性起落架静力试验中,起落架受载变形引起加载力线改变,从而带来加载误差。为提高加载准确度,起落架随动加载技术被广泛使用。本文通过对随动加载模型的分析,得出该加载技术试验过程中理论上依然存在加载误差。采用向量、矩阵运算结合力学平衡方程推导得到随动加载技术误差计算公式和载荷修正公式。选取某型飞机起落架静力试验典型工况（两点滑行刹车）进行载荷误差评估、修正与验证。结果表明：随动加载技术试验过程中航向和垂向最大加载误差小于工程允许的1%误差,侧向加载误差引起的最大约束反力误差小于工程允许的5kN;载荷修正后,最大约束反力误差小于2kN,加载准确度得到了进一步提升。本文从理论上分析了柔性起落架发生变形后载荷误差并进行修正,为起落架静强度试验过程中主动载荷和约束点载荷误差分析提供了理论依据。     

基于线性倒立摆模型的双足机器人步态规划

为解决多关节自由度双足机器人的步态规划问题, 提出了一种改进的三维线型倒立摆模型步态规划算 法。 该方法将双足机器人简化为三维线性倒立摆模型, 在得到机器人的质心参考轨迹的同时规划摆动腿的轨 迹, 通过机器人的运动学逆解即可求出各关节运动序列。 在对质心轨迹求解过程中, 与传统方法通过双脚支撑 阶段调整质心速度实现步态稳定的方法不同, 该算法通过求解支撑腿最优交替时刻的方法最大化单脚支撑阶 段的范围, 实现机器人的高效稳定行走。 以 NAO 机器人为实验对象, 对算法进行了仿真实验, 实验结果表明, 该算法是可行、 有效的。     

四足机器人斜坡运动的自适应控制算法

受到自然界中四足动物运动的启发,提出了一种四足机器人对角小跑步态下的坡面运动自适应控制算法.在机器人质心原有运动轨迹上加入横向和纵向偏移补偿量,并采用符号微分策略梯度法对质心偏移补偿量进行自动调整,以减少机体翻转力矩和对角足着地时间差,从而提高机器人运动稳定性.在Webots软件中建立了四足机器人的模型并进行仿真试验,仿真结果表明所提出的算法能够有效提高四足机器人坡面运动的稳定性.