双足机器人动态上下楼梯的规划与控制

针对双足机器人上、下楼梯时的稳定行走问题,结合机器人动态上、下楼梯的约束条件,规划双足机器人动态上、下楼梯的步态,并提出了相应的稳定性控制策略。其中,机器人侧向平面采用保持机器人质心动态平衡的规划方法,通过调整躯干侧向最大偏移量,实现机器人侧向平面的稳定;机器人前进方向和重力方向采用三次多项式拟合的步态规划方法,通过传感器反馈的躯干姿态角及相应的角速度信息,结合楼梯台阶信息,调整机器人前进方向和重力方向质心的位置,保证机器人运动的稳定性。仿真结果验证了该方法的有效性。     

面向球型障碍物的六足机器人越障步态研究

以多自由度六足机器人为研究对象,针对球型障碍物的模型特点,研究其爬越球型障碍物时的行走步态,以找到一种适合的越障步态并分析越障时的稳定性。在仿真软件中建立虚拟样机模型,动态模拟对球型障碍物的越障运动。模拟结果表明：在该行走步态下控制的六足机器人能平稳地爬越球型障碍物。     

滚动优化和虚拟被动步行的双足机器人实时控制

针对步行双足机器人实时步态规划问题,提出了将滚动优化与虚拟被动步行相结合的实时控制策略.分析了虚拟重力条件下七连杆机器人机械能的变化特点,设计并确定了满足该变化特点的各关节输入转矩,通过优化调整各连杆虚拟倾角、期望速度和步态周期终点系统状态参数,使得摆脚落地后下一周期起始时刻机器人状态与期望值偏差最小.与单纯采用滚动优化的实时步态规划方法相比,该方法优化参数少,预测时域长度可变,保证了下一周期起始时刻机器人步态的合理性和最优性.仿真分析表明,该方法实现了包含足部转动的动态步行,地面环境不变条件下多周期运动起始点满足周期稳定性条件.     

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。     

基于ZMP判据的仿人机器人步态模仿

仿人机器人行走稳定性研究是机器人领域一大研究热点,目前主要依据动力学模型规划稳定步态,但依靠步态规划形成的运动模式往往需要复杂的运算,并且机器人的运动形式单一.为实现机器人多样化步态的生成,在模仿学习的框架下对机器人的步态模仿问题展开研究,利用人体行走信息作为示教数据,实现仿人机器人对人体行走过程的模仿学习,在简化运动规划的同时使机器人的运动步态更具多样化与拟人化.为满足机器人在步态模仿过程中的稳定性,基于零力矩点(zero moment point,ZMP)判据补偿质心偏移,利用滞回曲线确定行走过程中支撑脚的切换以实现稳定性控制.基于NAO机器人的模仿学习系统仿真研究结果表明:ZMP判据的引入有效地保证了机器人对人体示教步态模仿的稳定性,基于滞回曲线的支撑脚选取保证了支撑脚切换的平稳.     

欠驱动双足步行机器人动力学建模与稳定性分析

对具有膝关节的欠驱动双足行走机器人的被动行走步态进行了建模与数值仿真,分析了该模型被动行走步态的动态过程及机器人质量分布的优化配置问题,通过大量的仿真,验证了所选参数的合理性.通过建立具有膝关节自由度的被动步态模型,揭示双足行走的动态特性,能对欠驱动双足步行机器人原型机的机械设计提供参考.     

基于模糊规则的三肢体仿生机器人步态规划器

针对实验室研制的三肢体功能仿生机器人所欲实现的行走功能提出5种基本步态:高姿爬行步态、低姿爬行步态、交叉行走步态、翻转行走步态和两肢体行走步态,据此提出基于模糊规则的在线步态规划器.该步态规划器可以通过对上述5种基本步态的轨迹进行模糊修整,生成适合动态环境行走的演化步态,然后再自动回归到基本步态,实现基本步态和演化步态之间的转换,从而完成既定任务.机器人爬坡仿真实验表明了该步态规划器理论上的有效性.     

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.     

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.     

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.     

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.     

双足足球机器人行走步态研究

为了研究双足足球机器人行走时步态的连续性和稳定性，首先提出了双足足球机器人的体系结构，然后给出了基本步态算法，增加了行进中步态校正策略，包括动态和静态步伐的校正．解决了动、静态行走时步态的准确性和鲁棒性．试验数据验证了步态方程和步态校正策略能够适应FIRA比赛要求．     

平面半被动双足机器人步态稳定性分析

建立了以踝关节脉冲推力为动力源的平面半被动双足机器人模型,并推荐利用拉格朗日第二类方程得到机器人的动力学方程。为判断模型的稳定性,采用庞加莱映射方法分析了半被动双足机器人行走的固定点及其稳定性,并讨论了模型稳定行走的动力学附加条件。分析了模型中各机械参数对模型稳定性的影响。最后,在脉冲推力作用时添加扰动模型仍能稳定行走,证明模型对脉冲干扰具有鲁棒性。     

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.     

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.     

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.     

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.     

基于二型模糊大脑情感学习控制器的双足机器人容错控制研究

为提高双足机器人行走的控制精度,提出利用二型模糊大脑情感学习控制器对双足机器人进行容错控制.该方法利用控制器的非线性估计模块估计双足机器人的系统故障和建模误差信息,并由计算转矩控制器和鲁棒控制器实现容错控制以解决外部扰动引起的系统不稳定问题.利用Matlab对两个案例进行仿真结果表明,该方法在双足机器人出现系统故障和外部出现扰动的情况下,仍能良好地估计出控制器的输入值,使双足机器人正常运行.因此,该方法对提高双足机器人的容错控制精度及轨迹跟踪的可靠性具有很好的参考价值.