一种双足步行机器人的步态规划方法

本文介绍了一种双足步行机器人的步态规划方法，以前向运动为例，详细介绍了先分阶段规划然后合成的方法，并讨论了行走过程中的冲击振动问题及减振措施，实验及仿真结果验证了这一规划方法的有效性。     

基于足底压力和关节运动信息的步态检测系统设计

作为老年人高发疾病,脑卒中有着较高的几率造成患者行动障碍。及时检测、获取偏瘫患者行走时步态信息,是治疗师为患者制定康复计划的重要环节。目前,较新的步态检测系统大多采用三维分析,三维步态分析系统体积较大、成本高、操作不便,在患者主动康复训练中存在较大的局限。针对现今步态检测系统的局限,设计了一种结合无线传输技术,检测患者关节运动角度及足底压力的运动信息检测系统。系统采用薄膜压力传感器、惯性传感器分别采集足底压力及关节运动信息,实现了对患者的8路足底压力信息及下肢关节运动角度信息的快速、有效采集。实验表明,系统可以有效采集关节运动角度及足底压力信息,在未来的康复训练中有着很好的应用前景。     

基于步态检测算法的辅助行走系统设计

为了保证盲人和视障患者安全方便出行和减少误报警,设计一种基于步态检测算法的辅助行走系统。信号处理算法上利用小波包对信号进行降噪,提取三轴加速度的均值、标准差、方差与小波能量谱,并结合足底压力信息组成多维参数作为步态特征,选取基于遗传算法优化支持向量机进行步态识别。硬件部分主要包括三轴加速度信号和足底压力信号采集硬件设计。软件部分主要包括对足底压力信号和三轴加速度信号的采集和处理以及一款能够自动拨号安卓手机APP。实验结果表明,该系统基于多传感器融合的步态检测技术,步态检测识别率平均达90.48%。该系统便携性好、功耗低、测障效果好,在辅助行走领域具有一定的研究意义和实用价值。     

双足机器人步态控制研究方法综述

概括地介绍了双足机器人步态控制领域内的主要研究思路．详细阐述了基于双足动力学特征的3种建模方法,包括倒立摆模型、被动步态模型、质量弹簧模型的特点．另外讨论了两种常用的约束条件(稳定判据与能量约束)和3种智能控制方法(神经元理论、模糊逻辑与遗传算法)在双足机器人步态控制中的研究情况．     

一种双足机器人实时步态规划方法及相关数值算法

针对步行双足机器人实时步态规划问题,提出了一种改进的非线性模型预测控制（NMPC）方法．采用扩展的关节坐标,将单腿支撑相（SSP）和双腿支撑相（DSP）统一表示为一个非线性动力学模型．通过对SSP和DSP的3个阶段设定运动学和动力学虚拟约束,将复杂实时步态规划问题转化为4个以预测时域内控制量二次型为代价函数的NMPC问题．采用直接法将连续优化问题参数化为有限维优化问题,并采用惩罚函数法将状态变量约束转化为代价函数中的惩罚项,从而得到能够用渐进二次规划（SQP）求解的有限维静态优化问题．仿真结果表明,应用该方法对BIP机器人模型进行实时步态规划,实现了包含足部转动的动态步行,且机器人满足稳定性条件,不发生侧滑,从而证明了该方法的有效性和可实现性．     

平面双足机器人虚拟斜坡行走步态生成算法研究

在平面双足机器人上应用虚拟斜坡行走方法设计了具有4个参数的步态生成算法．根据虚拟斜坡行走成立的基本条件研究了步态参数之间的关系,最终将独立参数减少到3个．步态参数具有明确的物理意义,可以实时地、便捷地调节行走速度．在平面机器人Stepper上采用所提出的步态生成算法,实现了1.243.88腿长秒的连续速度切换．     

双足机器人的两种步态规划的解耦分析及比较

在双足机器人行走步态规划的研究中,首先对前进方向和侧面摆动进行解耦,建立运动学数学模型,运用ZMP稳定性判据作为双足机器人行走稳定性判断标准,利用时序构造函数法和三次样条插值法对双足机器人运行步态进行规划。利用matlab软件编程和仿真,能够体现出不同规划方法下步行状态在时间和空间的特征,仿真结果对比表明,利用三次样条插值法的步态规划,能够更好的反映出双足机器人的步行稳定性。     

基于神经反射的双足机器人步态控制的研究

双足步行机器人因为其高度的非线性系统且无固定支撑底面,使得传统的控制策略或算法产生的步态控制运动十分的僵硬,缓慢,缺乏灵活的自组织能力,与真正生物步态存在很大差异;而生物能很好利用环境的反射自激行为产生有节律的协调运动从而适应多种复杂环境,文中基于神经反射原理设计了反射网络控制器,从而克服常规控制策略的步态规划的不足,提高了系统性能,消除了关节的抖动,能够很好地适应其外界环境干扰因素的影响,通过MATLAB和ADAMS联合动态仿真,证明了该控制方案的优越性,并得到很好的控制效果。     

基于压电俘能器的自供电步态检测系统设计

鉴于压电元件既能感测压力动态变化,又能实现能量转换,采用两种压电模块设计了一款低成本、可穿戴、可自供电的步态检测系统.以矩形双晶陶瓷压电片作为压电俘能器能量转化单元,将人体运动机械能转换成电能,并利用其为步态检测系统供电;以柔性PVDF压电薄膜作为足底压力检测单元,完成人体站立、行走、跑步、跌倒等基本步态信息的检测.实...     

两足外骨骼机器人足底压力测量系统

为实现两足外骨骼机器人行走过程中的步态识别,需精确、可靠地获取其足底压力载荷的分布情况。研制一种高灵敏度具有强抗偏载能力的小型轮辐式足底压力传感器,并针对该传感器输出电压只有几十微伏的微弱信号特点设计制作了具有斩波自稳零功能的多路前置信号放大调理电路板。为减小温度等因素产生的非线性误差,设计了传感器恒电流源供电模块。系统采用基于PC的控制器,多通道信号高精度同步采样,通过实际样机试验表明电路实现高增益放大的同时输出噪声峰峰值小于3 mV,且长时间样机试验,信号几乎不存在零漂,具有较好的稳定性。系统结构合理,可靠性高,可适用于仪表信号的处理。     

学习人类控制策略的双足机器人步态控制研究

针对双足机器人面临的复杂环境下动态行走的适应性难题,提出了一种基于学习人类控制策略的双足机器人步态控制方法。利用三维线性倒立摆模型构造双足行走系统的状态方程,建立学习人类控制策略的参数化模型,设计了基于SVM的学习型控制器。该方法保证了躯干始终处于与地面近似垂直,增强了步态控制的鲁棒性,提高了双足机器人在复杂环境下行走的动态稳定性。实验验证了该方法的有效性。     

石油井下压力测试系统的研究与设计

针对常规井下射孔压力测试系统体积大、功耗高、不耐高温等问题,研制了一种井下射孔压力数据采集与存储测试系统,用于深井及作业周期长、高温、高压、高;中击等恶劣环境。从实际应用需求出发,给出了系统总体设计方案及其实现原理和测试系统的技术指标,重点介绍了低功耗以及变频采样的实现原理。经过大庆油田测井现场实验,结果表明,该存储测试系统能够精确的记录下井、射孔和压裂恢复整个施工过程的压力数据,为高质量的打开油气层,进一步研究射孔工艺机理提供理论依据。     

变长度柔性双足机器人行走控制及稳定性分析

针对传统双足机器人模型缺少脚质量和躯干的问题,提出考虑摆动腿动态及躯干影响的柔性双足机器人模型,并对其行走控制及稳定性进行研究。首先,建立系统的动力学模型并采用欧拉-拉格朗日法推导了系统的动力学方程;同时,在弹簧负载倒立摆（SLIP）模型的基础上添加刚性躯干、脚质量及采用变长度伸缩腿,充分考虑躯干及摆动腿动力学对机器人行走步态的影响;其次,设计基于变长度腿的反馈线性化控制器来跟踪目标轨迹,以及调节摆动腿和躯干的姿态;最后,利用Newton-Raphson迭代法和庞加莱映射分析机器人的不动点及轨道稳定性条件,并在理论分析的基础上进行仿真。仿真结果表明,所提控制器可以实现机器人的周期行走,对外界干扰具有良好的鲁棒性,且雅可比矩阵所有特征值的模均小于1,能形成稳定的极限环,证明系统是轨道稳定的。     

移动可伸缩三维倒立摆模型的双足机器人步态控制策略

双足机器人的步态控制策略是保证双足稳定行走的重要条件之一.结合人在行走时ZMP平稳移动的特性,建立了一种移动可伸缩三维倒立摆模型;在约束平面内分析ZMP与COG的运动关系,将ZMP和COG分别定为快变因子和慢变因子,提出了移动可伸缩三维倒立摆模型的双足机器人步态控制策略;最后通过Matlab/ADAMS进行了步态控制仿真研究.仿真结果表明双足机器人可以稳定地行走,验证了该步态控制策略的可行性.     

COM motion estimation of a biped robot based on kinodynamics and torque equilibrium

A novel technique to estimate motion of the center of mass (COM) for a biped robot is proposed. A Kalman filter is synthesized where the time evolution of COM is predicted from the external force and corrected based on kinematic estimation and torque equilibrium. They complementarily work to compensate the initial estimation offset, the error accumulation, and errors in modeled mass properties. It makes use of the authors’ previous method to estimate the translational and rotational motion of the base body from inertial information and joint angle measurements. The information about torque equilibrium helps to reduce an uncertainty of the height of COM and to improve the estimation accuracy of it by utilizing an interference of the horizontal and vertical motion of COM. The parameters are tuned based on error analyses in mass properties and sensor signals. A comparative study showed a better performance of the proposed method than other methods through dynamics simulations.     

基于LabVIEW的鞋垫式足底压力测试系统的设计与实现

根据足底压力测量的实际需要,提出了基于LabVIEW的虚拟测试实验系统的组建方案。研究开发了鞋垫式足底压力测量系统以及数据采集和处理系统。给出了系统的软、硬件设计方案,并通过实验证明鞋垫式足底压力测试系统可以满足实际测量需要。     

智能柔性温度压力传感器在电力系统中的应用研究

本文通过分析现阶段电力设备监测手段存在的问题,提出将采用先进纳米印制技术制备的智能柔性传感器应用于电力物联网中,在介绍智能柔性传感器原理及材料配方、制备工艺的基础上,对柔性传感器在电力系统的适用场景进行分析,并给出了典型场景的应用方案,提出了柔性传感器在应用过程中的固定封装和高压绝缘方案,为电力设备的测温测压技术提供了一种较好的解决方案。     

海底柔性管道的抗内压分析和设计

针对浅水经济型海底柔性管道结构,建立其三维有限元数值模型,考虑金属铠装层之间的连接和接触,给出在内压作用下的各层构件力学性能的数值模拟结果.通过结果分析和相关参数调整发现各层的最大承压力不能进行线性叠加,其内压承担比例与各层结构的径向刚度有关.因此,可以通过合理分配径向刚度使各层结构同时达到屈服状态,从而充分利用材料并实现最优化结构设计.     

Operation of forearm support-type lift assist system (FOLAS) by using pneumatic pressure in air cushions

The objective of this study is to develop an operation method of forearm-support type lift assist system (FOLAS)using pneumatic pressure in air cushions. The FOLAS has air cushions, which work as a buffer between the machine and the user’s forearm, and the user’s operating intention can be indirectly detected by measuring the variation of the pneumatic pressure inside the air cushions. Force control to compensate the weight of a lifted object was adopted for the vertical operation of the FOLAS on the assumption that force applied to an air cushion has proportional relationship to pneumatic pressure in the air cushion. Position control using overlap length between movable cushion and fixed cushion was adopted for the horizontal operation, and the overlap length was estimated by the pneumatic pressure ratio in the air cushions. Independence between the vertical and horizontal operation manners that commonly utilize pneumatic pressure in the movable cushion was verified through basic experiments. An experiment for the operational performance showed that the FOLAS could be operated according to the operator’s intention. In an experiment for a lifting motion, the FOLAS could move continuously supporting the operator’s forearm and reduce the muscle activation of elbow muscle.