仿人机器人足部姿态实时感知系统

针对复杂环境下仿人机器人稳定控制的要求,设计了基于MEMS惯性传感器的仿人机器人足部姿态实时感知系统.同时,提出了基于惯性传感器和足部力传感器信息的系统累积误差校正方法,用于解决由于噪声、漂移和积分算法而带来的累积误差问题.该系统能够实时精确的输出仿人机器人的足部姿态信息,为仿人机器人的稳定控制提供关键依据.该校正方法能够有效的消除系统的累积误差,提高系统的测量精度.最后在仿人机器人BHR-2上对该系统的可行性和有效性进行了实验验证.     

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.     

仿人机器人复杂动态动作设计及相似性研究

提出了一种基于人体运动的考虑节奏相似性的仿人机器人复杂动态动作设计方法. 首先, 把人体的运动分割成基本动作段, 给出了运动学约束, 讨论了复杂动态动作的稳定性调节方法. 然后, 提出了考虑运动节奏的仿人机器人模仿人体动作的相似性函数, 并给出了满足运动学约束和动力学稳定性、具有高相似性的运动轨迹求解方法. 最后, 通过在仿人机器人 BHR-2 上进行中国功夫``刀术'实验验证了该方法的有效性.     

基于虚拟黏弹性肌肉模型的仿人机器人不平整地面稳定行走

复杂未知环境下,仿人机器人在行走过程中难以获取精确的地面信息,导致规划的落脚点与实际落脚位置之间存在误差,这会对机器人的平衡造成严重的干扰.针对该问题,提出了模拟人体肌肉黏弹性的虚拟肌肉模型,并基于该模型设计了仿人机器人在不平整地面上的稳定行走控制方法.首先,从仿生角度出发,扩展传统肌肉模型,构建了具有伸缩功能的虚拟肌肉模型,并对其黏弹性进行了分析.然后,基于该模型,采用LQR(线性二次型调节器)方法设计了虚拟肌肉伸缩长度与伸缩力的控制方法.最后,基于足部力传感器信息反馈,将该模型应用于仿人机器人行走过程中抬脚高度的调节,使仿人机器人能够适应未知复杂环境中地面高度的突变,或在机器人传感器系统获取的地面信息与实际情况相差很大的情况下实现稳定行走.结果表明,该算法可以使仿人机器人在高度差为6 cm以内的不平整地面上实现1.8 km/h的稳定行走.基于BHR-6P平台的行走仿真验证了该算法的有效性.     

基于一级倒立摆模型仿人机器人控制算法研究

针对仿人机器人步态行走不稳定的问题,以倒立摆为控制对象,建立仿人机器人步态行走数学模型。以仿人机器人姿态角和位移建立双闭环控制系统,采用PID控制算法对仿人机器人姿态角和位移进行调节。以19自由度仿人机器人进行实验验证,表明了所采用仿人机器人步态行走系统PID控制算法的正确性及高精确度。系统响应稳定,超调<0.3%,调节时间<0.2 s,关节输出相对误差最大值为2.25%,可实现仿人机器人稳定的步态行走。     

基于虚拟位姿迟钝搜索的仿人机器人手臂抓取控制系统的设计

为了使仿人机器人手臂抓取控制系统更加智能化,提高运行效率,设计并实现了一种基于虚拟位姿迟钝搜索的仿人机器人手臂抓取控制系统。系统采用PMAC运动控制器完成机器人运行数据的传递、处理以及对机器人手臂抓取工作台的控制,采用Accelus系列数字伺服驱动器,调控仿人机器人运动位置和速度,通过关节控制器对机器人抓取过程中手臂关节的位置、速度以及角度信息进行控制,通过以S3C2440为核心芯片的上位机,实现仿人机器人手臂控制的远程通信以及抓取任务的调度,完成仿人机器人手臂抓取的智能控制,软件设计过程中,对基于虚拟位姿迟钝搜索的仿人机器人手臂抓取控制算法进行了详细分析,并给出了机器人手臂抓取控制程序代码实例,通过仿真实例验证了本系统的可用性和实用性。     

复杂环境下仿人机器人有效支撑区域的感知

当主流的仿人机器人都采ZMP(zero moment point)理论作为稳定行走的判据.实时ZMP点落在支撑足与地面接触形成的多边形支撑区域内是仿人机器人实现稳定步行的必要条件.因此实现仿人机器人在复杂现实环境中稳定行走,必须要求机器人足部感知系统提供足够丰富的地面环境信息,从而可以准确获取支撑区域的形状以实现基于实时ZMP点的稳定控制.文中将柔性阵列力传感器应用于仿人机器人足部感知系统,提出了获取仿人机器人支撑区域形状的方法,而且通过实验验证了其可行性.     

柔性两轮直立式自平衡仿人机器人的建模及控制

研究了柔性两轮直立式自平衡仿人机器人的动力学建模问题．运用拉格朗日方法和动力学原理建立了柔性两轮自平衡仿人机器人的动力学模型．使用弹簧模仿人的腰椎,并考虑了机器人的柔性腰椎弯曲;这是与以前机器人的不同之处．对得到的动力学模型进行了线性化处理,并建立其状态空间方程;由此建立的动力学模型结构简单,易于对机器人进行有效控制．仿真实验验证了系统的稳定性,对其实验结果进行的详细分析验证了系统建模和LQR控制器设计的合理性和有效性．     

基于CAN总线的仿人机器人关节伺服控制系统研究

本文针对仿人机器人的结构和控制性能要求，结合清华大学THBIP-I型仿人机器 人样机研制，研究提出了基于CAN总线的仿人机器人关节伺服分级控制体系结构．文中详细 描述了系统的总体结构方案、位置控制卡的结构原理、通讯协议和控制算法，以及系统在TH BIP-I仿人机器人样机上的技术实现，并在控制实验有效性验证的基础上，提出了进一步完 善发展的思路．     

基于解藕合成及ZMP方程的仿人机器人三维步态规划

介绍了一种仿人机器人的新型步态规划方法。将仿人机器人前向步态简化为七连杆模型,侧向步态简化为五连杆模型;然后在Z坐标相等的情况下合成三维步态;最后通过ZMP方程来检验和仿真,并结合实际系统及其运行状况进行分析,验证了所提出规划方法的有效性。     

基于ADAMS的仿人机器人步态规划算法仿真和实现

论文从便于算法分析和保护仿人机器人物理样机的角度,提出了先利用ADAMS建立虚拟原理样机系统,再进行步态算法仿真和实现的方法。并详细阐述了基于ZMP的仿人机器人步态规划算法,以及如何利用ADAMS对步态规划算法进行仿真。最后通过实验验证了仿真的必要性和有效性。     

仿人机器人单双脚支撑转换时的消振研究

单双脚支撑转换时的冲击振动是一个影响仿人机器人稳定行走的重要因素.本文从振动方程的特性和系统的稳定性分析减振的设想和措施,并运用基于ANSYS平台所建立的THBIP-Ⅰ型仿人机器人精确的有限元弹性动力学模型,进行仿真分析比较,并加以实验验证.结果说明有限元分析法是研究仿人机器人缓冲减振的一种有效途径,所获得的结论能够为实现高品质的快速步行及控制规律做出有效的指导.     

基于HMCD的仿人机器人单杠运动控制策略

为完成仿人机器人单杠运动,分析了欠驱动单杠机器人Acrobot模型,并根据IHOG技术要求、实物机器人本体结构和自由度配置,提出了基于HMCD的控制策略.通过单杠视频捕捉获取人体运动数据,根据仿人机器人模型分析关键特征点、基本动作的运动数据得到的关键帧的关节角数据,经过运动学约束调整,采用插值方法生成能够应用于仿人机器人的运动轨迹.在MF-1型仿人机器人单杠实物平台上进行控制实验的成功,验证了该方法的有效性.     

STM32的小型仿人机器人控制系统设计

仿人机器人是一种集机械、电子、控制、通信、计算机等多种技术于一体的智能系统,而控制技术是它的核心.本文设计了一款基于STM32F103芯片的小型仿人机器人控制系统.该控制系统通过输出10路PWM波实现机器人的关节运动控制,通过红外测距传感器实现机器人避障,通过姿态传感器MPU6050实现机器人的姿态测量.经过试验验证,在该系统的控制下,10自由度小型仿人机器人能够稳定行走并完成各种预期动作,且能够实现自主避障功能.     

仿人机器人实时路径规划方法研究

为了使仿人机器人在人类生活环境中自由行走,将仿人机器人的动作离散化为指定的动作,将状态空间离散化为网格,利用立体视觉和平面提取方法建立环境地图,将仿人机器人的轮廓简化为双圆柱模型进行避障检测,最终在环境地图中搜寻代价最小的一系列可行的动作作为路径,通过仿真实验验证了方法的有效性。     

CAN总线在仿人机器人运动控制系统中的应用

文章先对CAN总线进行了介绍，然后把CAN总线应用到仿人机器人中，设计出一种适合仿人机器人的分布式运动控制系统，并给出了详细的设计过程。整个控制系统层次清晰，结构灵活，对仿人机器人的进一步发展具有积极的作用，同时为现场总线在仿人机器人中的应用提供了重要的参考。     

基于运动相似性的仿人机器人双足步行研究

提出了一种基于人体步行运动相似性的仿人机器人双足步行动作设计方法．改进了人体步行轨迹的参 数获取与相似性匹配系统,扩展了相似性函数的适用范围．根据仿人机器人的机械连杆特点定义了步行运动周期中 的关键姿势与子相变换,建立了运动学约束方程,并对行走中出现的动态稳定性问题进行了约束．仿真和实体机器 人实验验证了该方法的有效性．     

基于三维线性倒立摆的仿人机器人步态规划

为了实时调整仿人机器人的步态,提出一种仿人机器人的步态生成方法。把机器人运动简化为三维线性倒立摆运动模式,通过预先规划好的零力矩点(ZMP)轨迹,根据质心(CoM)和ZMP的关系,求出CoM轨迹;再将前向步态和侧向步态简化为七连杆结构和五连杆结构,利用三角定理求出各个关节的角度,结合ZMP方程讨论了行走过程中的稳定性。利用给定的条件进行了系统的仿真,并结合实际系统及其运行状况进行分析,验证了所提出规划方法的有效性。     

仿人格斗型机器人的设计与研究

为实现仿人型格斗对抗,设计了一套仿人型格斗机器人。采用STM32F407单片机作为核心控制单元,自主构思控制方案进行系统设计,根据在仿人搏击中运用到的各种动作方案加以实验研究,通过蓝牙模块控制单片机系统完成各种仿人动作。实践证明,该机器人系统在格斗中延时低、准确度高,具有一定的实用性。     

足球反作用力下仿人机器人姿态控制研究

本文以仿人机器人踢足球为例,以现实机器人为原型,利用Solidworks建立了仿人机器人的三维机械结构模型,利用ADAMS和Simulink联合仿真的方法,仿真得到了机器人踢足球的整个过程,利用ZMP理论实时求得机器人的重心轨迹,计算与理想轨迹的偏差,通过改变机器人姿态以减小偏差,实现了对机器人的闭环控制,提高了机器人在受外力作用下的稳定性,并进行了实物实验,验证了该方法的有效性。