基于能量和角度不变相结合的双足机器人控制

为了提高欠驱动双足行走机器人被动行走步态的稳定性,扩大极限环收敛域及增强对干扰的抑制力,提出了一种角度不变和能量控制相结合的方法.通过角度不变控制使机器在不同倾斜角度的地面产生稳定步态;通过能量控制方法扩大机器人行走步态极限环的收敛域,并采用一个可调整的非线性函数在线调整能量控制器的增益.通过仿真曲线分析总结了当斜坡角度变化时极限环、步态曲线和能量曲线的变化规律.仿真结果表明,该方法既能扩大极限环的收敛域,又能增加系统对地面斜坡变化的鲁棒性.     

双下肢建模与运动控制研究

人体下肢行走为周期性规律运动,研究行走的步态特征对双足行走机器人步态规划以及动力型假肢运动控制都有很大的借鉴意义.利用VICON人体三维运动捕捉系统采集平地行走髋关节与膝关节的运动信息并进行分析.将人体简化为刚体模型,借助CAD软件Solidworks进行人体建模,利用COSMOS Motion插件进行下肢运动学分析.搭建双下肢运动平台,直流伺服电机作为驱动髋关节与膝关节运动的动力装置,通过对人体膝关节和髋关节角度信号的控制,最终达到模拟人腿的步态行走.     

简单双足被动行走模型仿真和分析

为了更准确理解双足被动机器人运动的本质特征,加强模型研究对实际样机设计的指导作用,采用数值仿真和Adams验证的方法研究简单两杆直腿圆弧足被动模型.分析了该被动模型的特点并通过拉格朗日法建立了与其对应的动力学模型;根据机器人稳定行走周期步态在相平面内表现为极限环特点,通过Matlab工具给出了理想模型稳态行走仿真的详细过程,分析并得出机器人能够周期稳态行走的初值条件,运动特点和运动过程中动能、势能的分布、变化过程以及相互转化关系,同时利用Matlab的仿真结果实现Ad-ams对现实样机模型稳态行走的仿真分析,为下一步对机器人稳定性分析提供了基础,为后续研究被动机器人样机提供设计依据.     

基于虚拟重力的双足机器人迭代学习控制

基于双足机器人在小斜坡上的无源动态行走步态,采用虚拟重力原理,得到各时刻虚拟重力对机器人关节施加的力矩,将其应用于水平面上机器人动态行走控制,结合迭代学习控制方法,实现水平面上动态行走的步态跟踪控制.仿真结果表明,相对普通PID控制方法,结合虚拟重力的迭代学习控制效果良好,具有较强的鲁棒性.     

一种欠驱动平面双足机器人变速控制策略

针对欠驱动平面双足机器人的行走速度控制难题,提出一种新的变速行走控制策略.该控制策略有两层结构,上层采用一种模糊融合的思路,根据给定速度产生参考步态,即由能稳定行走的已设计步态模糊融合出参考步态,再由PI控制器对参数进行平滑|底层由基于虚拟约束的反馈线性化方法实现轨迹跟踪,同时解决行走中的欠驱动问题,达到连续稳定变速的目的.仿真结果表明：与其他变速策略想比,该控制策略能在变速的同时改变步长,而且有更好的控制效果,也能很好地实现变速的连续性.     

双足机器人结构设计与步态规划

为了增强机器人的行走效率,使机器人的步态更自然,且具有良好适应复杂路况的特点,设计了一款双足机器人研究平台,并建立双足机器人行走机构的运动学模型,同时对机器人的前向运动进行了步态规划,从而提高了机器人运动过程中的稳定性.采用三次样条插值方法得到机器人各关节的平滑运动轨迹.     

面向舞蹈机器人步态控制的膝关节参数粒子群优化

面向舞蹈机器人中常见的行走动作,模仿人类的行走行为,构建舞蹈机器人腿部模型,并设计机器人步态与被模仿者步态的跟踪优化函数,利用粒子群优化方法对步态模型中的膝关节的控制参数进行优化.根据仿真结果,该方法能够在符合机械结构要求的情况下,实现舞蹈机器人对人类步态行为的模拟,达到了良好的步态控制目标,方法可行有效.     

双足舞蹈机器人步态规划

以双足舞蹈机器人为对象,建立系统的多自由度运动学模型,在此基础上开展舞蹈机器人正运动学和逆运动学分析,根据行走步长、步宽、步行周期等运动参数求解机器人各关节角度;引入三维倒立摆模型,结合零力矩点(Zero-Moment-Point,ZMP)稳定判据,对舞蹈机器人进行步态规划稳定性分析;最后,结合对舞蹈机器人的行走步态进行了仿真分析,得到了各个关节的角度值,可作为舞蹈机器人的输入控制参数.     

基于上体模型的被动步行机器人行走稳定性

针对被动步行机器人行走稳定性对自身参数的高敏感性问题,通过建立具有上体的匀质圆规步态模型,分析上体质量与高度对机器人行走稳定性的影响,获得机器人结构参数的优化配置.运用Lagrange法与角动量守恒原理构建机器人被动步行的动力学模型,基于对模型步态收敛域与外界扰动的准确表达,并将全局稳定性分析与局部稳定性分析相结合,对模型进行初始参数优化配置,并据此建立Proe样机模型.通过对单次与连续外界扰动下不同样机模型步态的自身调节变化进行分析,最终获得模型参数的最优化配置并进行了合理性分析.不同样机扰动试验结果说明,上体的引入可以增大机器人的步态收敛区间,合理的上体参数配置才能显著提高机器人行走的稳定性与鲁棒性.     

Compass-like无动力双足行走机器人的运动状态

以一个简单的双自由度compass-like无动力双足行走机器人为研究对象,对其行走的动态过程进行了深入分析。建立了行走动态的数学模型,并进行了数值仿真,对其行走过程每个阶段的特征进行了论述。分析了机器人行走过程中动能、势能的分布、变化过程以及相互转化关系。机器人稳定行走周期步态在相平面内表现为极限环,讨论了其存在的条件。     

基于ADAMS和MATLAB的两足机器人的步态联合仿真

为提高两足机器人的设计效率,降低设计成本,验证步态规划的正确性,在研制两足机器人物理样机前,应对其进行虚拟样机仿真.首先在ADAMS环境中建立简化的两足机器人动力学模型,然后在Matlab/Simulink中建立控制系统,最后利用二者之间的接口实现基于ADAMS和MATLAB的两足机器人的步态联合仿真,在仿真过程中观察两足机器人的行走过程,验证设计方案的正确性,为其物理样机的研制提供依据.     

欠驱动步态行走机器人基于反相同步的脉冲控制策略

对机器人行走的一类混沌步态进行了修正并设计了新的运动模型,首次应用了机器人行走的反相同步控制方法,将机器人足底的碰撞等效为地面的脉冲作用力,使其产生新的对称步态。应用脉冲控制的方法实现对机器人行走步态的稳定控制,使机器人的混沌步态迅速收敛,从而实现稳定行走。仿真结果验证了算法的有效性。     

两足机器人的SimMechanics建模

建立机器人的电脑模型,对机器人的整体运动进行模拟仿真.针对机器人数学描述复杂、机器人运动学、动力学分析较为困难的问题,大部分两足机器人采用基于模型的控制方法.该方法需要对机器人自身及周围环境建模.在复杂模型下控制器计算的实时性难以保证,控制难度较大,从而限制了机器人的性能.使用Matlab中的SimMechanics 工具箱建立两足机器人的电脑模型,对机器人的整体运动进行模拟仿真.通过仿真验证了模型的合理性, 得到了机器人运动的模拟图.     

Robust State Feedback H∞Control for Dynamic Biped Robot Based on T-S Fuzzy Model

T-S fuzzy model was applied to describe nonlinear system and global fuzzy model was expressed by the form of uncertain system. Based on robust state feedback H∞control strategy, designed a global asymptotic steady fuzzy model. This control system can use the experimental input-output data pairs for the biped robot learning and walking with dynamic balance. It is proved by simulation result that robust state feedback H∞ control method based on T-S fuzzy model can effectively restrain the effect of model uncertainties and external disturbance acting on biped robot. From these works, we showed the satisfactory performance of joint tracking without any chattering.     

双足机器人行走稳定性研究

双足机器人行走的稳定性是双足行走最为重要的衡量指标之一.针对传统的基于零力矩点（ZMP）步态稳定性判据方法,分析了ZMP、COP的相互关系,表明在双足机器人与水平地面无粘性力和无吸附力作用下,其ZMP即为压力中心点COP.基于具有足趾关节的双足机器人足底支撑面多种变化,提出对多点接触时支撑多边形区域描述.结合ZMP/COP、COG的在支撑面内相对位置,提出了基于ZMP/COP、COG的综合稳定性判据.经仿真分析,与传统单一的ZMP稳定性判据相比,该综合稳定性判据能够更为准确地反映步态的稳定性.     

Walking Stability Control Method for Biped Robot on Uneven Ground Based on Deep Q-Network

A gait control method for a biped robot based on the deep Q-network (DQN) algorithm is proposed to enhance the stability of walking on uneven ground. This control strategy is an intelligent learning method of posture adjustment. A robot is taken as an agent and trained to walk steadily on an uneven surface with obstacles, using a simple reward function based on forward progress. The reward-punishment (RP) mechanism of the DQN algorithm is established after obtaining the offline gait which was generated in advance foot trajectory planning. Instead of implementing a complex dynamic model, the proposed method enables the biped robot to learn to adjust its posture on the uneven ground and ensures walking stability. The performance and effectiveness of the proposed algorithm was validated in the V-REP simulation environment. The results demonstrate that the biped robot''s lateral tile angle is less than 3° after implementing the proposed method and the walking stability is obviously improved.     

有挠性驱动单元的双足机器人研制与步行实验

为减缓机器人脚底冲击,设计、研制带有挠性驱动的10自由度仿人双足机器人,该机器人髋关节俯仰关节由FDU-II型挠性驱动单元驱动;搭建FDUBR-I型仿人双足机器人控制系统硬件和软件,组建上位机与两块运动控制卡的交换式以太网络用来实现上位机与运动控制卡的实时通信,该控制系统包括FDU-II型挠性驱动单元的张力反馈和关节全闭环控制子系统;进行FDUBR-I型仿人双足机器人稳定步行实验,验证FDU-II型挠性驱动单元对机器人髋关节的驱动能力以及基于黏弹性动力学模型反馈的关节全闭环和张力反馈控制器的控制效果,机器人在0.1 km/h的步速下实现双足稳定步行.     

基于Matlab的无刷直流电机的建模与仿真

分析了无刷直流电机的工作原理及控制系统的组成,推导出无刷直流电机的数学模型,利用此数学模型并借助Mablab仿真软件,建立了无刷直流电机的仿真模型,通过仿真实验,证明了该仿真模型的正确性及合理性。     

Optimal trajectory planning for natural biped walking locomotion

0　INTRODUCTIONBipedwalking ,askillfulandsophisticatedlocomo tion ,isattainedbyhumanandbirdsthroughalongevolu tion .Theresearchanddevelopmentofbipedwalkingrobothavebeenperformedbymanyresearcherssince 196 0s .Thecontrolstrategiesdevelopedtogenerateastablewalk inggaitarezeromomentpoint (ZMP)methodbyTakan ishi ,et.al.[1] ,trackfollowingcontroltohumangaittra jectoriesbyMita ,et .al .[2 ] andcombinationofmodelfol lowingcontrolforasingleinvertedpendulumofthemasscenterandsynchronizationcontrolo…