仿人机器人复杂动作设计中人体运动数据提取及分析方法

提出了仿人机器人复杂动作设计中人体运动数据提取及分析方法. 首先, 通过运动捕捉系统获取人体运动数据, 并采用运动重定向技术, 输出人--机简化模型的数据; 然后, 对运动数据进行分析和运动学解算, 给出基于人体运动数据的仿人机器人逆运动学求解方法, 得到仿人机器人模型的关节角数据; 再经过运动学约束和稳定性调节后, 生成能够应用于仿人机器人的运动轨迹. 最终, 通过在仿人机器人BHR-2上进行刀术实验验证了该方法的有效性.     

基于模糊优化的仿人机器人运动规划研究

文章主要是对仿人型两足机器人(简称仿人机器人)的运动稳定性进行分析、研究,建立了一套动力学模型,并运用模糊优化的方法分析其运动参数.实验表明:该方法在很大程度上提高了仿人两足机器人的运动稳定性.     

仿人机器人足迹规划建模及算法实现

足迹规划是仿人机器人运动规划领域的一个新思想.本文建立了仿人机器人足迹规划的模型,并通过构建启发式成本函数,利用A*算法予以实现.针对复杂多障碍物环境,特别提出了基于可变落地足迹数量的复合足迹转换模型的方法.仿真实验证明了规划模型和算法的有效性和完备性,规划效果达到仿人机器人在线运动规划的要求.同时,数值实验也证明了在复杂多障碍物环境下复合足迹转换模型的必要性和优越性.     

仿人机器人视觉导航中的实时性运动模糊探测器设计

针对仿人机器人视觉导航系统的鲁棒性受到运动模糊制约的问题,提出一种基于运动模糊特征的实时性异常探测方法. 首先定量地分析运动模糊对视觉导航系统的负面影响,然后研究仿人机器人上图像的运动模糊规律,在此基础上对图像的运动模糊特征进行无参考的度量,随后采用无监督的异常探测技术,在探测框架下对时间序列上发生的图像运动模糊特征进行聚类分析,实时地召回数据流中的模糊异常,以增强机器人视觉导航系统对运动模糊的鲁棒性. 仿真实验和仿人机器人实验表明:针对国际公开的标准数据集和仿人机器人NAO数据集,方法具有良好的实时性（一次探测时间0.1s）和有效性（召回率98.5%,精确率90.7%）. 方法的探测框架对地面移动机器人亦具有较好的普适性和集成性,可方便地与视觉导航系统协同工作.     

基于Kinect的仿人机器人控制系统

为实现对具有16个自由度仿人机器人的姿态控制,采用Kinect传感器对人体姿态的坐标数据进行采集,根据坐标信息利用Processing软件开发基于SimpleOpenNI库的上位机软件,建立人体关节模型,并利用空间向量法对仿人机器人的步态规划以及重心控制算法分析,解析各关节的转动角度,经由无线WiFi模块向仿人机器人发送指令以控制舵机的运动,最终实现对机器人的控制,搭建了基于Kinect传感器的测试平台.测试结果表明:仿人机器人上肢在运动范围内无死角,通过对重心的控制,下肢可实现简单的步行,符合预期效果.     

基于ADAMS的双足机器人拟人行走动态仿真

在双足机器人HEUBR_1的设计中,下肢采用了一种新的串并混联的仿人结构,并在足部增加了足趾关节.为验证该仿人结构设计的合理性及拟人步态规划的可行性,在ADAMS虚拟环境中建立了双足机器人HEUSR_1的仿真模型.通过拟人步态规划生成了运动仿真数据,在ADAMS虚拟环境中实现了具有足趾运动的拟人稳定行走,经仿真分析,获得了双足机器人HEUBR_1拟人行走步态下的运动学和动力学特性,仿真结果表明:双足机器人HEUBR_1的串并混联的仿人结构设计能够满足行走要求,且拟人步态规划方法可行,有足趾运动的拟人行走具有运动平稳、能耗低、足底冲击力小的特点.稳定行走的仿真步态数据可为下一步双足机器人HEUBR_1样机行走实验提供参考数据.     

人体步行规律与仿人机器人步态规划

从仿生学角度分析了人体的步行运动规律,提出了一种基于人体运动规律的仿人机器人步态参数设定方法.首先对人体步行运动数据进行捕捉并分析,得出人体各步态参数间的函数关系,以人体步行相似性作为评价指标,提出仿人机器人步态参数的设定方法.其次,通过分析人体在步行过程中的补偿支撑脚偏航力矩的基本原理,提出了基于双臂及腰关节协调运动的仿人机器人偏航力矩补偿算法,以提高仿人机器人行走的稳定性.最后通过仿真及实验验证了所提出的步态规划方法的正确性及有效性.     

基于弹簧负载倒立摆模型的仿袋鼠机器人稳定跳跃控制

仿生跳跃机器人具备很强的越障和环境适应能力,但是由于机器人运动过程中较短的可控时间以及腾空阶段运动的不确定性,运动的稳定性对于仿生跳跃机器人至关重要.本文对仿袋鼠机器人跳跃运动过程中的稳定跳跃控制问题进行了研究.首先采用双质量弹簧负载倒立摆模型(spring-loaded inverted pendulum,SLIP)模型对袋鼠机器人的结构进行简化,建立了机器人系统的动力学模型,并对机器人的运动过程以及着地相与腾空相的切换条件进行了分析.然后采用解耦控制的思想,将SLIP模型的运动控制分解为水平速度控制和跳跃高度控制两个方面,分别通过控制着地角度实现对水平运动速度的控制,通过能量补偿实现对跳跃高度的控制.最后在ADAMS仿真环境中建立机器人模型并进行了机器人运动仿真实验.实验结果表明,本文提出的方法可以实现仿袋鼠机器人稳定的周期性跳跃运动.     

基于ZMP的仿人机器人跑步运动模式

采用小车-曲面桌子模型,提出了一种基于零力矩点(zero moment point,ZMP)的仿人机器人跑步运动模式.在单腿支撑阶段和飞行阶段,分别规划了仿人机器人的质心运动轨迹和双脚运动轨迹.在单腿支撑阶段,求解根据小车-曲面桌子模型建立的动力学方程,依据小车的运动轨迹规划出仿人机器人的质心轨迹;在飞行阶段,仿人机器人质心可看作抛物线运动,质心轨迹可通过水平方向上的匀速运动和竖直方向上的自由落体运动轨迹表示.分析了双脚与地面接触时的力及力矩约束.通过改变ZMP调整身体的倾斜角度,保持身体动态平衡.同时根据动力学方程分别求解出踝关节及其他关节的关节力矩.仿真实验结果表明:仿人机器人跑步时各关节角度和关节驱动力矩变化稳定,能够实现稳定的跑步,验证了方法的有效性.     

基于人体运动的仿人型机器人动作的运动学匹配

提出了仿人型机器人模仿人体运动的相似性函数,讨论了运动学约束,并给出了满足运动约束条件且具有与人体动作高相似性的运动求解算法. 在有33个自由度的仿人型机器人实体上完成了模仿人的太极拳动作,验证了方法的有效性.