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.     

基于高斯过程的机器人模仿学习研究与实现

针对机器人模仿学习控制策略获取的问题,基于高斯过程的方法,建立示教机器人示教行为的样本数据的高斯过程回归模型并加以训练,以求解示教机器人的感知和行为之间的映射关系,并将此映射关系作为模仿机器人的控制策略来实现对示教行为的模仿.以Braitenberg车为仿真对象,研究趋光模仿学习行为.仿真实验表明:基于高斯过程的机器人模仿学习算法具有有效性,模仿机器人在不同任务环境下具有很好的适应性.     

冗余度机器人的最优轨迹确定

研究了冗余度机器人的逆运动学，提出了用矩阵分块法解决冗余度机器人逆运动学，并将此法应用到基于速度和基于加速度的最优轨迹确定中，得出了便于实用的数值计算公式，此方法回顾了求雅可比为逆矩的繁琐过程，仿真结果表明此法是可行的。     

多关节机器人的运动灵活性

介绍了有关机器人灵活性的概念;推导了ＲＶ－Ｍ１机器人的雅可比矩阵;用求最小条件数的方法确定了该型机器人终端扫行件的最佳长度;求出了最佳工作点及最大灵活工作角αｍａｘ。     

多关节机器人的运动灵活性

介绍了有关机器人灵活性的概念;推导了ＲＶ－Ｍ１型机器人的雅可比矩阵;用求最小条件数的方法确定了该型机器人终端执行件的最佳长度;求出了最佳工作点及最大灵活工作角αｍａｘ。     

用于机器人受力分析的雅可比矩阵及应用

根据雅可比矩阵，导出了一种用于机器人坐标系间静力变换的一种简便而实用的方法。分析了在稳定平衡状太民下，由于终端效应器上的作用力而在各个关节上产生的力和力矩，从而为合理地确定各关节的动力元件及力控制提供了可靠的依据。以作者所研究的ＬＬ－ＥＴ型机器人为例，给出了该方法的具体应用。     

基于仿人智能控制的足球机器人底层运动研究

根据仿人智能控制理论的基本原理,构造了仿人智能控制器(包含运行控制级、参数校正级以及协调控制),对机器人运动到定点的算法作了优化,并通过MATLAB仿真验证了该算法的有效性．     

冗余度机器人在一般限制条件下的最优轨迹规划

在讨论冗余度机器人的最优轨迹规划过程中，提出了扩展雅可比矩阵法。将雅可比矩阵和限制条件函数对各关节位置的导数阵联合起来，构成扩展雅可比方阵。讨论了扩展雅可比矩阵的逆，得到了一般限制条件下的最优解与最小范数解的关系，并用此关系进行最优轨迹规划。     

仿人机器人发展状况和挑战

介绍了仿人机器人的现状和面临的挑战性问题,对世界上针对仿人机器人的研究工作进行了综述,指出了各自的侧重点及主要研究趋势,阐明了开展仿人机器人研究的出发点。     

Kinematics Analysis Based on Screw Theory of a Humanoid Robot

A humanoid robot is a complex dynamic system for its idiosyncrasy. This paper aims to provide a mathematical and theoretical foundation for the design of the configuration, kinematics analysis of a novel humanoid robot. It has a simplified configuration and design for entertainment purpose. The design methods, principle and mechanism are discussed. According to the design goals of this research, there are ten degrees of freedom in the two bionic arms. Modularization, concurrent design and extension theory methods were adopted in the configuration study and screw theory was introduced into the analysis of humanoid robot kinematics. Comparisons with other methods show that： 1） only two coordinates need to be established in the kinematics analysis of humanoid robot based on screw theory; 2） the spatial manipulator Jacobian obtained by using twist and exponential product formula is succinct and legible; 3） adopting screw theory to resolve the humanoid robot arms kinematics question can avoid singularities; 4） using screw theory can solve the question of specification insufficiency.     

基于Kinect的仿人机器人抓取目标定位

目标定位是仿人机器人实现抓取操作的前提。针对机器人单目视觉容易丢失深度信息,双目视觉难以对缺乏纹理特征的物体获得有效深度信息的问题,提供一种基于Kinect的仿人机器人抓取目标定位系统。首先建立Kinect和机器人坐标系,构建布尔沙坐标转换模型;然后利用线性总体最小二乘(LTLS)算法求解该模型;最后依据Kinect获取的抓取点坐标信息,通过坐标转换将其转换到机器人坐标系:从而实现机器人对目标物体的定位。在仿人机器人NAO平台上对该系统进行实验验证,其结果表明:利用该方法,机器人在一定空间范围内能够可靠的定位目标物体,并且较其单目视觉定位更准确;根据所提供的目标定位系统,NAO机器人实现了对不同物体的抓取操作。     

具有单目嵌入式视觉的仿人机器人分层控制系统设计

针对仿人机器人的特点,设计了一个具有单目视觉的仿人机器人分层控制系统.通过研究机器人跑步运动的基本原理,在机器人跑步运动中引入手臂摆动姿态,通过最优化跑步过程的总体能效进行步态规划.最后根据FIRA比赛规则,决策系统通过视觉反馈和姿态反馈信息,调用底层动作库,进行短跑运动规划.实验结果表明,该仿人机器人的控制方式效果良好,适合参加竞技类比赛.     

基于小波模糊网络的机器人补偿控制

将模糊模型引入小波网络，给出一种新型模型－小波模糊网络WFN。并在机器人手臂的思迹控制方面提出一种新的控制方法，即将一个基于WFN的补偿控制器引入机器人的轨迹控制结构中。仿真结果表明，该控制方法能实现对机器人的高速高精度控制。     

基于复合协方差函数的多任务模仿学习算法的研究与实现

针对多任务下机器人模仿学习控制策略的获取问题,构建复合协方差函数,采用高斯过程回归方法对示教机器人的示教行为样本点建立高斯过程回归模型,并对其中的超参数进行优化,从而得出模仿学习控制策略,模仿机器人应用控制策略完成模仿任务.以Braitenberg车为仿真实验研究对象,对其趋光、避障多任务的模仿学习进行研究.仿真实验研究结果表明:与基于单一协方差函数的模仿学习算法相比,基于复合协方差函数的模仿学习算法不仅能够实现单任务环境下的机器人模仿学习,而且能够实现多任务环境下的机器人模仿学习,且精度更高.任务环境改变实验研究结果表明该方法有很好的适应性.     

在书写任务中的基于轨迹匹配的模仿学习

针对书写任务中运动轨迹较复杂的问题,引入基于轨迹匹配的模仿学习算法对书写轨迹进行表征和泛化,进而实现机器人书写技能的获取。机器人从示教者处获取示教数据,利用高斯混合模型( Gaussian mixture model, GMM)进行编码,学习示教行为的本质特征,通过高斯混合回归进行泛化处理,实现行为再现。实验结果表明：该方法具有良好的行为编码能力和抗干扰性,能够实现轨迹可连续的汉字书写,通过对GMM的扩展能够进行多任务学习,进而实现轨迹不可连续汉字的书写,泛化效果较好。     

基于DSP的全自主机器人运动控制系统的研究

设计了一套适合于全自主类人机器人的分布式运动控制系统。该系统的底层控制部分采用DSP作为主处理器,给出了处理器的外围器件和反馈回路的设计过程。整个控制系统能够集成在机器人本体上,层次清晰,结构灵活,对全自主机器人的进一步发展起着积极的作用。     

基于双观测器的机器人自适应摩擦补偿控制

针对机器人系统中存在关节摩擦的问题,提出一种基于终端滑模观测器和摩擦状态观测器的双观测器自适应摩擦补偿反演控制方案:为避免速度测量带来的噪声影响,设计终端滑模观测器对机器人的速度进行估计;考虑到摩擦力无法直接获取,采用连续LuGre摩擦模型,设计摩擦状态观测器和摩擦参数自适应律,得到摩擦的估计值;结合摩擦估计值设计反演控制器,使机器人在受到关节摩擦影响的情况下能有效跟踪期望位置轨迹。最后通过Lyapunov函数证明闭环系统的稳定性以及机器人轨迹跟踪误差的收敛性,并通过MATLAB仿真验证该控制方案的有效性。仿真结果表明,该控制方法能有效抑制关节摩擦对机器人轨迹跟踪的影响,提高了系统的位置跟踪精度。     

类人机器人通信子系统的设计与实现

针对类人机器人足球比赛通信环境的高效性和实时性要求,提出了一套无线通信系统设计方案。该通信方案主要解决三个问题:通信平台、通信模块硬件设计和通信协议。其中,通信平台是实现信息交互的物理硬件,通信模块的硬件设计是无线传输模块的控制电路设计,通信协议是类人机器人系统中协作信息内容和格式的约定。本文建立了类人足球机器人通信子系统的通信平台,给出了基于该系统的硬件设计,并为多机器人系统提出了一套可行的对话协议。实验和比赛结果证明了该通信系统的可行性。