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。     

一种由人类步行启发的半被动双足步行机器人

针对半被动双足步行机器人所采用的控制方法大多较为复杂,并且缺乏控制参数对机器人性能影响的定量分析,从人类步行的生物力学研究得到启发,提出一种半被动双足步行机器人的控制方法,并定量分析该控制方法各参数对机器人性能的影响.在机器人摆动腿与地发生碰撞后开始于髋关节处施加方波力矩,作为动力输入.采用步态敏感范数衡量机器人的稳定性,采用无量纲步行能耗衡量机器人的步行效率.以稳定性、效率和步行速度作为机器人性能评价指标,通过仿真得到力矩、力矩作用时间和斜坡角度3个参数对机器人性能的影响.由于力矩在1个步行周期中没有做负功,该机器人具有与人类步行相似的高能量效率.该机器人能够实现沿上坡、下坡和平地步行.     

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。