基于帧描述及ZMP的双足机器人步态发生器

为了提高仿人双足机器人行走的稳定性及自主性,提出一种基于帧描述及位姿变换的双足步行机器人新型步态生成方法,该方法将一个行走周期细分为14帧,根据机器人的实际结构尺寸并利用几何约束进行步态规划及规划合成。然后根据ZMP(zero moment point)理论及位姿矩阵算法,对所得到的数学模型以及行走过程中的稳定性、智能性等进行了仿真研究。在此基础上完成了基于嵌入式系统的双足机器人系统平台,最后在平台上的实验及仿真结果验证了所提出规划方法的有效性。     

小型双足机器人直行步态的并行规划策略研究

根据人体结构设计了小型舵机驱动双足机器人,采用D-H方法建立其位姿数学模型,利用5次多项式插值的方法规划出踝关节和髋关节的位置-时间函数,对髋关节踝关节轨迹进行代数解析得到每个关节的转角-时间函数.提出双足机器人直行步态并行规划策略,即将关节转角-时间函数分别导入ADAMS虚拟样机和实际物理样机,虚拟样机和物理样机同时测试规划的步态数据.通过实验验证,并行规划策略可以并行比较运动仿真直行步态和物理样机直线行走状态.     

基于粒子群优化算法的双足机器人步态优化

分析了髋关节位置对双足机器人步行稳定性判据零力矩点(ZMP)的影响,以ZMP稳定裕度为参数构造目标函数,利用粒子群优化算法(PSO)对基于3次样条插值方法规划的双足机器人步态进行优化,从而得到ZMP稳定裕度大的平滑步态.仿真实验表明:该方法规划的步态实现了双足机器人稳定、协调地行走.     

基于深度强化学习分层控制的双足机器人多模式步态系统研究

提出一种基于深度强化学习（DRL）分层控制的双足机器人多模式步态生成系统. 首先采用优势型演员-评论家框架作为高级控制策略,引入近端策略优化（PPO）算法、课程学习（CL）思想对策略进行优化,设计比例-微分（PD）控制器为低级控制器;然后定义机器人观测和动作空间进行策略参数化,并根据对称双足行走步态周期性的特点,设计步态周期奖励函数和步进函数;最后通过生成足迹序列,设计多模式任务场景,并在Mujoco仿真平台下验证方法的可行性. 结果表明,本方法能够有效提高双足机器人在复杂环境下行走的稳定性以及泛化性.     

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.     

基于模型预测控制的双足高效行走系统

提出基于模型预测的双足高效行走系统. 首先,利用最优能效算法对双足行进中的最优步态进行分析,包括行进步长和步速,并以此生成参考轨迹;然后,通过模型预测控制的思路对机器人的最优能效步态进行跟踪控制;最后,结合机器人逆运动学构建高效稳定的双足行走系统. 通过仿真实验验证了该系统可以有效跟踪、生成高效的行走步态,探寻了双足机器人动态行走的新思路.     

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。     

提升四足机器人行走稳定性的对角步态规划方法

针对四足机器人在采用对角步态行走中容易失稳的问题,提出了通过改变对角步态中支撑足的初始位姿来改善并提升运动稳定性的方法.结合零力矩原理,找到四足机器人支撑足最佳初始膝关节转角θ₁和髋部前向关节转角θ₂,从而确定四足机器人支撑足的最佳初始位姿.仿真表明:四足机器人运动采用不同初始位姿时,运动过程中的稳定性不同.当取最佳初始位姿时,四足机器人的机身偏转量最小,稳定性最好.由此证明,通过调整支撑足的初始状态可以有效提高四足机器人在采用对角步态行走过程中的稳定性.      

适应非平整地面的双足机器人柔顺步态优化方法

为了实现双足机器人在不平整地面上的快速步行,提出一种基于优化的2D柔顺步态规划方法.基于腿部刚度和触地角,采用弹簧倒立摆模型建立机器人步行的参数化模型.考虑质心控制误差,提出一种适应位姿扰动的步态规划方法,允许机器人不必回到预设姿态就可以直接进入下一步态周期,使机器人更灵活.针对传统规划方法仅考虑质心在步态周期末端速度...     

带被动踝关节的双足机器人动力学及步态研究

欠驱动双足步行机器人是仿人机器人领域研究的热点之一.针对带有被动踝关节的双足机器人,建立了五杆四驱动模型,对模型进行动力学分析.根据拉格朗日原理,建立机器人单足支撑动力学模型和基于碰撞的双足支撑动力学模型.建立完整的欠驱动双足步行机器人动力学模型.对机器人步态进行了规划.规划了欠驱动机器人的时不变步态;利用贝塞尔多项式拟合出虚拟约束的轨迹,给出了欠驱动机器人轨迹规划的算法;采用极限环方法,通过验证庞加莱回归映射不动点稳定性,验证了极限环的稳定性,从而验证了机器人步态的稳定性.     

基于有限元的助力外骨骼机器人的模态和疲劳分析

根据双足助力外骨骼机器人的行走周期特征,建立有限元模态分析模型,用以模拟机器人的行走动态特征。在有限元结果中提取双足机器人的固有频率及振动特征,同时根据人体步态在行走的不同阶段,分析计算整体系统的放大系数,最终结合系统放大系数计算振荡状态下疲劳等效载荷,预估系统整体的疲劳寿命。根据分析结果,在双足机器人的腿部机构中添加增强部件可以提高助力机器人模拟人类腿部行走的稳定性。     

基于MRDS仿人机器人仿真平台设计

为了辅助仿人机器人双足步行的步态实验研究,基于微软机器人开发工作室(MRDS),探讨了一种仿人机器人仿真平台的设计和实现.对虚拟环境中仿真机器人实体进行了建模,研究了面向服务思想下机器人应用程序的一般设计模式,实现了平台服务对机器人行为的并发协调控制.双足步态规划及基本视觉识别的测试表明,平台有效实现了仿人机器人多种基本行为的仿真,为步行及其他控制算法的研究及实验提供了支持和基础.     

上斜坡双足机器人行走的稳定性分析

为了研究上斜坡双足机器人行走周期步态稳定性,采用拉格朗日方法建立双足机器人行走脉冲混杂系统,构造庞加莱映射,再通过对映射不动点的分析得到机器人行走周期步态的存在性及稳定性条件。研究结果表明：在斜坡角为0.1 rad的条件下,当线性脉冲推力各项系数选取合适参数时,双足机器人上斜坡行走系统存在稳定的周期-1步态;当脉冲推力的常数项系数取值不同时,其对应产生不同类型的周期-1步态;当行走系统状态参数改变时,其产生不同运动状态的周期-1步态。     

基于中心压力判据的双足步行机器人稳定性研究

本文首先对中心压力判据进行了研究,然后根据双足步行机器人实验平台的实际情况,经过简化,得到了一种双足步行机器人离线动作稳定性的判别方法,并进行了基于位姿矩阵的数学建模。同时通过在机器人脚底加入力传感器的方法,设计了一种简化的在线稳定性判别方法,并将以上两种判稳性检测方法应用到了实际机器人的控制当中。     

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...     

半被动双足机器人动态行走的位姿估算

针对现有半被动双足机器人缺乏对环境的感知且行走稳定性差等问题,研发了一款位姿估算器。在传统的惯性测量单元的基础上进行了改进,用精确的俯仰和翻滚测量结果修正了重力加速度对加速度计产生的误差,从而提高估算器的性能。利用机器人多次实际实验行走所获得的离线数据得出行走参数,并且和地面实际测量系统的测量结果进行了比较。实验证明所研发的位姿估算器具有令人满意的测量精度,可准确的测量机器人行走时的关键性能参数。测量结果作为反馈可有效提高半被动机器人的运动稳定性。     

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。     

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。      

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.