双足机器人变步长步行模式的在线生成方法

双足机器人在进行变步长步行模式行走的过程中,步长的突然改变会导致其行走不稳定.为此提出一种双足机器人步长实时变化的步行模式补偿方法.此方法中运用了时间补偿和零力矩点补偿.通过两者的补偿能够使步行模式的步长在发生变化时,在线修正双足机器人实际状态与目标状态的偏差,以保证其行走的稳定性.双足机器人AFU10的步行实验证明了该方法的有效性.     

基于ZMP的双足机器人稳定性分析

引入双足机器人研究中一个重要物理量--零力矩点ZMP(Zero Moment Point),研究其计算和测量方法,利用其分析双足机器人在单腿和双腿支撑时的作用范围,最后在二维和三维平面内对机器人的ZMP计算进行探讨,为稳定步态的设计做了理论铺垫.     

不同跟高的增高鞋垫对人体足底压力和稳定极限的影响研究

在足迹检验过程中,常遇到嫌疑人伪装作案鞋的情况,其中穿着增高鞋垫升高鞋跟高度,使鞋底压痕不完全同于真实情况是其中一种。由于基层技术人员的时间、经验不足等主客观原因,不真实的步法特征非但无法提供有价值的线索,还会误导侦查。针对这种情况,通过使用Footscan足底压力测试系统与Novel鞋垫系统统计30名某公安院校学员穿运动鞋及穿有增高鞋垫的运动鞋行走时的压力参数,比较二者在足底7个分区的压力分布、峰值压强、冲量、足底压力中心、接触时间以及稳定极限,说明穿用增高鞋垫前后机体在足底压力分布和稳定极限上的差异。以此为精确刻画嫌疑人特点提供途径,为公安机关侦查破案提供帮助。     

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.     

糖尿病人群自然步态下足底压力分布研究

为研究糖尿病和足病患者足底压力变化的特征和差异,采用鞋垫式足底压力检测系统测量了自然步态下糖尿病非足病患者(DM,n=83)和糖尿病足病患者(DF,n=32)的足底压力.分析发现,与健康对照组(NC,n=55)相比,DM、DF组的冲量百分比和峰值压力主要在第二至第五跖骨区(M2—M5)有所升高,多数足区增幅分别在50%～80%和60%～100%之间,明显向前足跖骨区转移;DF组在足跟中部(HC)、足跟外侧(HL)的冲量百分比降幅为15%～30%.与DM组相比,DF组冲量百分比和峰值压力在中足区(MF)均有所升高.对于包络压力中心点95%椭圆置信面积,NC组DM组DF组.研究糖尿病人群足底压力特征,有助于加强对糖尿病足的临床预防和鞋垫设计.     

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.     

基于3-D步行序列的双足机器人步态规划及实验研究

为了提高双足步行机器人对真实环境的适应能力,提出1种基于3-D步行序列的步态规划方法,模仿人类行走行为并考虑地面高度的变化。首先定义考虑足部踝关节旋转运动和机器人质心(COM)竖直高度变化的3-D步行序列。其次,在单足相阶段(SSP),基于运动最优控制(OC)理论和线性倒立摆模型(LIMP),求解零力矩点轨迹;采用5次多项式插值,生成双足相阶段(DSP)的零力矩点轨迹,并且实现质心竖直高度变化。基于足部的运动参数,使用分段连续3次Hermite插值得到足部运动轨迹。然后,通过牛顿-拉斐逊迭代法求解关节角度解。最后,基于NAO机器人样机进行平地和倾斜地面行走的动力学仿真和样机实验。研究结果表明:本文规划方法可行,且机器人行走平稳;在平面和斜坡2种地面工况的样机实验中,足底接触力的波动幅度比相应的仿真结果分别减少37.01%和59.94%,髋关节力矩波动幅度分别减少69.13%和62.75%。     

一种炭黑-硅橡胶足底压力分布测量系统

为了检测人体压力分布,设计了一种基于炭黑导电复合材料的人体足底压力分布测量系统.基于炭黑一硅橡胶良好的压敏特性制作了一种柔性触觉传感器,给出了传感器的工作原理.为了测量人体足底压力,制作了压力测量鞋垫.通过阿尔泰公司的USB2080数据采集卡实现对信号的实时采集,利用LabVIEW图形化编程软件,实现对足底压力分布的图形显示.试验结果表明系统可实现人体足底压力分布的实时显示.     

基于零力矩点的四足机器人非平坦地形下步态规划与控制

为提升四足机器人在非平坦地形中的行走能力,根据零力矩点理论分析机器人行进过程的稳定条件,利用稳定裕度的概念,在支撑多边形中求取最优稳定点来规划零力矩点. 为避免walk步态中频繁调整躯干姿态导致的能耗和行进速度损失,提出了在次优支撑三角形中求取最优稳定点的方法. 针对斜坡地形中机器人运动性和稳定性的矛盾,设计了综合性能更高的躯干姿态和支撑点位置. 为适应不同坡度和躯干角度,通过对零冲击足端轨迹规划方法进行改进,实现了以目标支撑点为中心的斜坡零冲击规划目标. 仿真试验结果表明,该规划控制方法能够实现机器人在不同斜坡中的稳定行走.      

基于移动变长倒立摆的四足机器人对角支撑的稳定性控制

四足机器人系统复杂,运动自由度多,其动态稳定性一直是机器人控制领域的难点与热点。为使四足机器人能够在复杂多样的自然环境中运动自如,针对四足机器人特殊的对角双足支撑动态稳定性问题进行探究。将足式机器人简化为可移动变长倒立摆模型,对其进行运动学和动力学分析,设计了一种运动稳定控制算法,使四足机器人能在对角双足支撑的情况下保持稳定,在受到外力的干扰时可自动调整,并再次恢复到平衡稳定状态。以搭建的四足仿狗机器人为实验平台,开展了对角支撑的平衡实验,实验结果表明四足机器人能够在对角支撑下精确控制自身的稳定,验证了该控制算法的可行性,为后期四足机器人动态稳定性行走奠定重要基础。