步态规划

摘要： 针对无法主动调姿和灵活漫游的传统星表着陆器不适用于未来大范围星表探测和星表基地建设等任务的问题,提出了一种可移动月球着陆器。首先,介绍了可移动月球着陆器的系统组成以及各子系统的组成;其次,介绍了可变构型式本体和缓冲/驱动集成式缓冲器的功能及实现;然后,建立了缓冲/行走一体化腿足机构的运动学模型,设计了减少调姿次数的直线行走和转弯等步态,规划了足端迈步与整器调姿等工况下的腿足机构各关节运动轨迹,并通过建立整器虚拟样机模型完成了步态仿真;最后,研制了行走试验样机并搭建了试验辅助设施,完成了行走步态试验。结果表明:所提出的可移动着陆器系统设计合理,步态规划有效,各主动驱动关节的运动轨迹平滑柔顺,移动过程中着陆器本体无较大起伏和偏移,行走速度可达0.01 m/s,转弯速度可达0.6°/s。

摘要： 为了提高移动机器人的越障性能,实现其自主越障,设计了一种轮-履-腿复合仿生机器人,并对其进行步态规划和越障性能分析。首先,以海龟为仿生对象,通过分析其身体结构和稳定机理,设计了机器人的轮-履-腿复合式移动机构和二自由度支腿结构;同时,基于该机器人的结构特征,利用D-H(Denavit-Hartenberg)法建立了坐标系并求解了其支腿的运动学方程。然后,通过观察海龟的爬行过程,将其单个爬行步态周期内的动作分解成放腿、爬行、抬腿和摆腿,并结合运动学模型对机器人进行步态规划,提出了4种仿海龟爬行步态。接着,以机器人的四腿爬行步态为例,利用静力学方法分析了其支腿关节的受力情况,而后通过分析机器人跨越壕沟和攀越台阶的过程,以最大跨越壕沟宽度和攀越台阶高度为指标对其越障性能进行了评价。最后,制作了机器人实验样机,开展了步态实验和越障实验。实验结果表明,该机器人可以利用4种仿海龟爬行步态实现横向移动、纵向移动和原地旋转,且具有很好的越障性能和稳定性;机器人能跨越最大宽度为434 mm的壕沟,攀越最大高度为175 mm的台阶。实验结果进一步验证了所设计的仿海龟机械结构可行,所规划的仿海龟爬行步态合理,以及所建立的越障理论模型正确。研究结果可为移动机器人的结构优化和越障性能提升提供借鉴。

摘要： 为实现四足机器人在复杂的地形环境、有限的能量供应和不可预知的干扰下运动稳定,提高四足机器人穿越复杂地形的能力,采用了粒子群优化算法对经典步行步态参数进行优化,提出了一种易于实现、能适应不同地形的探索性步态.所提出的探索步态不需要立体视觉或激光雷达所感测到的任何地形信息,机器人通过IMU传感器和足端力传感器接触地面来感知地形.针对提出的优化方法和步态策略进行了仿真和实验,验证了所提出的探索性步态在穿越不平坦地形时的运动能力.

摘要： 目的针对机器人行走时髋关节高度与人体髋关节变化规律不相符的现象,提出一种模仿人类步行的步态规划方法,以增强机器人运动的拟人性,减少能耗损失,增强行走稳定性。方法将动捕系统采集的人体步行数据进行递推平均滤波和savgol_filter函数预处理后得到人体步行样本;对人体步行样本进行几何缩放后生成机器人步行样本,从中提取机器人运动学参数;采用五次样条插值算法,依据人体步行样本运动规律,规划机器人下肢关节参数化运动轨迹;利用多目标粒子群优化算法得到一组满足三个设定目标的机器人运动学参数;将该组运动学参数代入机器人下肢关节参数化轨迹方程,建立机器人前向和侧向运动学模型,利用逆运动学求解下肢关节角度;使用NAO机器人验证步态规划的可行性。结果预处理能消除噪声点;几何缩放解决了机器人与人在肢体长度等方面存在的差异;五次样条插值规划的关节运动轨迹的平均相似度为95%以上;多目标粒子群算法优化结果显示:若机器人具有较高的步行稳定性,则会以降低步行速度为代价;机器人下肢髋、踝关节翻滚角度存在大小相等、方向相反的变化规律;机器人物理样机的ZMP轨迹位于支撑多边形内部;机器人行走步态与人体步行样本具有相似性。结论模仿人类步行的步态规划方法使机器人行走步态具有高稳态、低能耗、拟人化的行走特性。

摘要： 为了提高仿生机械狗的稳定性以及对复杂环境的适应能力,提出了一种新的仿生机械狗的机械结构设计。机械狗设计是一种基于树莓派主控、电机、OpenMV、3D打印骨架等技术,通过对四足生物狗的仿生并结合机械设计、自动控制、图像识别等技术知识完成了机械狗的制作。整机采用前腿、腰部、后腿的3段式结构,达到结构仿生。在腰部设计时,为了简化结构采用无自由度的刚性结构;在机械狗腿部设计时,通过大腿背部的电机,结合四杆机构连接机械狗的小腿,巧妙地完成了大腿与小腿的协调运作,达到仿生效果。采用11个型号为EC45Flat的电机驱动十一个主动关节,使足端可以在三维工作区间内任意移动,并输出矢量支撑力,完成蹲坐、站立和行走等功能。测试表明机械狗在复杂地形下可以平稳行走,步幅约为4 cm,速度约为10 cm/s;在避障、循迹和识别等方面,机械狗表现较好,能够较为准确地进行人脸识别,并保持较高的移动效率、高越障效率及稳定性。

摘要： 近年来,国内机器人产业发展迅猛,其中双足机器人是目前机器人领域的研究热点。文中设计了基于STM32单片机舵机控制器的双足竞走机器人,该机器人能够模拟人的左右腿行走,并能够完成相应的稳定行走动作。通过STM32单片机舵机控制器,实现了前后移动、左右转动、前后翻滚等动作。控制器具有低压报警功能以及上位机软件编程功能,能快速调试出机器人动作;六路串行总线舵机具有控制简单等优势,且具有角度回读功能,能反馈角度,为更好地调试机器人动作提供可能。双足机器人是未来发展和研究的趋势,更是高新技术的导向,其在医疗卫生、防疫救灾等场景中的应用广泛,性能表现优异,同时双足机器人在全国高校教学和相关学科竞赛等领域也日益得到重视。

摘要： 本研究针对一款下肢外骨骼康复机器人(lower limb exoskeleton rehabilitation robot,LLERR)进行了关节运动轨迹分析与步态测试研究。分别通过D-H法和拉格朗日法对外骨骼机器人单侧下肢进行运动学和动力学建模分析,得出各运动关节间运动学与动力学关系。通过虚拟样机仿真验证提出的外骨骼机器人模型理论分析的正确性,分析了误差来源。通过使用人体模型进行样机穿戴测试,对预设步态过程中外骨骼机器人的位置和速度进行跟踪,验证了行走过程中步态相位的稳定性。招募受试者在光学运动捕捉环境下进行样机穿戴步态测试,结果表明外骨骼机器人带动人体下肢进行规划步态行走达到预期效果。测试结果从主、客观角度验证了下肢外骨骼康复机器人的稳定性和有效性。

摘要： 为满足越来越多的脑卒中患者辅助行走和康复训练的需要,设计了一款下肢外骨骼机器人模型,采用D-H参数法建立踝关节、膝关节、髋关节坐标系,推演出步态周期内的坐标方程。为了安全起见,要求脑卒中患者步行速度慢且步长短,利用CoG(Center of Gravity,重心地面投影点)作为步态规划中的稳定性判断依据,并用Robotics Toolbox for Matlab仿真,结果表明:下肢外骨骼康复机器人在康复训练过程中各关节具有连续且稳定的步态轨迹,为后续脑卒中患者使用的下肢外骨骼康复机器人样机研制提供了必要的理论依据。

摘要： 仿照蠕虫运动机理,利用自主研发的径向膨胀和轴向伸缩软体驱动器,研制了一种蠕动式气动软体管道机器人。研究了两种驱动器的结构设计和工艺流程;并进行了静力学实验,获得了驱动器静力学特性;依据轴向伸缩软体驱动器的形变原理,建立了机器人的运动学模型,获得了在不同气压、频率和负载情况下机器人的运动性能。结果表明,管道机器人具有较好的灵活性和适应性,可在一定直径范围的管道内自由爬行,爬行最大运动速度可达4.64 mm/s,负载能力为1000 g。

摘要： 针对康复训练患者和治疗医师需求,提出一种新型下肢康复机器人,并对其进行被动式控制系统设计。使用Solidworks建立三维模型,制造样机并进行控制系统设计。建立运动学模型,并且对下肢康复机器人进行运动分析,结合CGA临床步态数据和RLA人体下肢步态,进行下肢康复机器人的运动轨迹规划。采用PID控制方法对运动轨迹进行跟踪控制,运用Simulink进行模拟仿真。设计基于位置阻抗的控制策略,使实际位置跟踪目标位置,以达到人机运动协调的目的。搭建控制系统平台,并且对样机进行周期步态速度检验和轨迹跟踪检验。

摘要： 六足机器人在结构上具有多冗余自由度,具有较高的地形环境适应能力,如何提高六足机器人在非结构环境下的移动能力一直是个具有挑战性的课题.本文将六足机器人在非结构环境中的行走问题建模为受约束条件下的离散落脚点选取和路径优化问题,利用强化学习对未知环境的学习能力,解决未知非结构复杂路况下的步态规划和路径优化问题,并通过MATLAB-ADAMAS联合仿真进行了实验验证.

摘要： 双足步行机器人具有腿部行走功能,能适应复杂的非结构化地形,但目前步行机器人动力学和运动规划是基于理想刚性地面假设.鉴于此,本项目研究非理想刚性地面环境下的步态规划及控制策略:建立机器人-柔性地面耦合动力学模型,克服了地面理想刚性假设的限制;针对机器人偏航、欠驱动步行,所提出的步态规划方法与控制策略,提高了步行稳定性与环境适应能力.

摘要： 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.

摘要： 由于适应于各种复杂的地形,六足机器人在环境探测及灾害救援等方面有着广泛的应用前景.为提高其执行任务的能力,本课题从大载荷比和高适应性方面入手,开展相关的设计、建模、优化及控制等方面的研究.以蚂蚁为仿生对象,通过观察分析其载荷与结构、环境与行走步态之间的关系,开展了六足机器人的优化设计,分别从运动学特性、动力学特性,以及同时运动学及动力学综合以达到大载荷比及高适应性的目标,并研制实验样机,对载荷比优化的方法、高适应性运动步态规划方法及智能控制的方法进行了验证.

摘要： 针对高分遥感卫星载荷数据量大、固存容量有限、无中继数传能力等约束,提出一种基于遗传算法的载荷工作规划方法,用来分析计算遥感卫星载荷在各类约束下的可工作时长,判断是否满足卫星遥感功能要求;同时对卫星载荷设计、数传设计、星上固存及地面站选择等设计提供依据.

摘要： 针对高分遥感卫星载荷数据量大、固存容量有限、无中继数传能力等约束,提出一种基于遗传算法的载荷工作规划方法,用来分析计算遥感卫星载荷在各类约束下的可工作时长,判断是否满足卫星遥感功能要求;同时对卫星载荷设计、数传设计、星上固存及地面站选择等设计提供依据.

摘要： 针对高分遥感卫星载荷数据量大、固存容量有限、无中继数传能力等约束,提出一种基于遗传算法的载荷工作规划方法,用来分析计算遥感卫星载荷在各类约束下的可工作时长,判断是否满足卫星遥感功能要求;同时对卫星载荷设计、数传设计、星上固存及地面站选择等设计提供依据.

摘要： 针对高分遥感卫星载荷数据量大、固存容量有限、无中继数传能力等约束,提出一种基于遗传算法的载荷工作规划方法,用来分析计算遥感卫星载荷在各类约束下的可工作时长,判断是否满足卫星遥感功能要求;同时对卫星载荷设计、数传设计、星上固存及地面站选择等设计提供依据.

摘要： 为实现四足机器人的稳定运动,基于四足机器人对角步态的几何模型,建立余弦振荡器,生成节律运动的上层架构以及上、下层之间的关节映射,得到完整的步态生成策略,并建立四种关节配置形式的机器人虚拟样机模型,进行运动学和动力学仿真.仿真结果表明,基于余弦振荡器的步态生成方法能够满足各种关节配置形式的机器人步态要求,验证了步态生成方法的正确性和普遍适用性,且根据机体波动率的比较,确定前肘后膝式具有更好的稳定性.

摘要： 为实现四足机器人的稳定运动,基于四足机器人对角步态的几何模型,建立余弦振荡器,生成节律运动的上层架构以及上、下层之间的关节映射,得到完整的步态生成策略,并建立四种关节配置形式的机器人虚拟样机模型,进行运动学和动力学仿真.仿真结果表明,基于余弦振荡器的步态生成方法能够满足各种关节配置形式的机器人步态要求,验证了步态生成方法的正确性和普遍适用性,且根据机体波动率的比较,确定前肘后膝式具有更好的稳定性.

摘要： 本申请提供一种机器人步态规划方法及装置、运动规划设备和存储介质，涉及机器人控制技术领域。本申请根据仿人机器人在当前时刻的质心高度实时信息、当前步态周期末尾的第一质心高度期望信息以及下一步态周期末尾的第二质心高度期望信息，规划当前步态周期的剩余迈步时间段的第一质心高度变化轨迹和下一步态周期的第二质心高度变化轨迹，进而通过第一质心高度变化轨迹、第二质心高度变化轨迹、当前时刻的质心前向实时信息及下一步态周期末尾的质心前向期望终止速度，计算出当前步态周期末尾的质心前向期望信息以及落足点期望位置，从而基于机器人实时状态实现质心高度可调的步态轨迹规划操作，提高仿人机器人的运动抗干扰能力及运动稳定性。

摘要： 本发明公开一种实现仿人机器人相似性运动的步态规划装置及其规划方法，其特征在于:一种基于关键倾相似性的仿人机器人步态规划方法，通过对步态关键帧的相似性度量、髋关节的规划、零力矩点的实时校正,实现仿人机器人曲线行走步态的在线调整，调整后的步态能够较好地接近实际零力矩点曲线。本发明在降低运算量的同时较好解决了仿人机器人的步态稳定及运动规划问题，并且可以减少步态选择不理想时的时间消耗。

摘要： 本发明公开了双足机器人空间域步态规划与控制方法，将双足机器人髋关节相对支撑腿踝关节的水平距离设为相变量δ，通过当前状态、参考步长及参考速度设计优化出基于相变量的摆动腿关节参考角度轨迹；完成空间域的摆动腿步态规划；建立二阶倒立摆模型，通过非线性模型预测控制优化出用于速度控制的支撑腿髋关节参考力矩；基于获得上述的摆动腿关节参考角度轨迹以及支撑腿髋关节参考力矩之后，利用全身动力学Quadratic Programming控制在多目标任务中优化出关节力矩，进而控制机器人步态行走。本方法将摆动腿踝关节的运动与时间脱离开来，使其仅依赖自身状态，增强鲁棒性。

摘要： 本发明涉及机器人技术领域，更具体地说是一种足式桌面宠物机器人行走步态规划方法。包括机器人包含头部、左腿舵机、左腿、左脚舵机、左脚、右腿舵机、右腿、右脚舵机、右脚；行走步态规划方法中四个舵机目标位置采用同样的表达式，通过改变参数可以灵活的控制机器人行进的方向、抬脚顺序、抬脚高度、步幅、步速，解决目前足式桌面宠物机器步态设计复杂的问题。

摘要： 本申请提供一种四足奔跑步态规划方法、装置及机器人控制设备，涉及机器人控制技术领域。本申请根据四足机器人在当前奔跑步态周期的期望前向平均速度及期望模型特征信息，调用质心移动规划模型针对四足机器人进行质心轨迹规划，得到该四足机器人在当前奔跑步态周期内的质心移动期望轨迹，并基于期望前向平均速度以及质心移动期望轨迹，确定当前奔跑步态周期内每个单步周期的腾空落足期望位置相对于对应质心期望位置的期望前向偏移量，以通过期望前向偏移量表征机器人奔跑过程中腾空迈步的落地姿态，从而结合当前奔跑步态周期的质心移动期望轨迹及对应单步周期的期望前向偏移量，快速输出四足机器人的前向速度可控的期望奔跑步态轨迹。

摘要： 本发明公开了一种双足机器人的仿人步态规划方法、系统及装置，该方法包括控制指令规划、名义腿轨迹规划和腿部关机轨迹规划；所述的控制指令规划为将手柄的控制指令转化为机器人的前向和侧向的迈步步长以及转向的转动角度和步行时间；所述的名义腿轨迹规划为根据控制接口层的输出设计出名义腿的周期性运动轨迹；所述的腿部关节轨迹规划将名义腿的周期性运动轨迹解算为机器人腿部各个关节的运动角度。相比于传统的双足机器人中枢模式发生器的设计方法，该方法通过名义腿的设计来规划双足机器人行走时的步行姿态，能够更直观地、更高效地设计出具有仿人特征的步态，从而提高机器人的步行灵活性和环境适应能力。

摘要： 本发明公开了一种六足机器人自适应步态规划方法、系统、装置及介质，其中方法包括：搭建六足机器人的仿真模型；根据六足机器人的运动特点建立步态生成器；融合所述仿真模型与所述步态生成器，构建获得强化学习运动控制框架；对所述强化学习运动控制框架进行训练，获得控制网络的参数，使该框架能够控制六足机器人的仿真模型在非结构化地形的仿真场景下运动；将训练后获得的控制网络集成在六足机器人的步态控制框架中，用于控制六足机器人的运动。本发明使用基于强化学习的控制框架学习最优的策略网络，用来控制步态生成器的输入，避免了需要手工设置也不易更改参数的问题，并能更好的适应地形条件的改变。本发明可广泛应用于机器人控制领域。

摘要： 本申请提供了一种步态规划方法、装置、电子设备及可读存储介质，涉及机器人技术领域。该方法包括：根据仿人机器人上身的当前姿态信息、在当前步态周期末尾的第一期望姿态信息及在下一步态周期末尾的第二期望姿态信息，计算得到仿人机器人的上身姿态在当前步态周期的剩余时间段内的第一角加速度轨迹及在下一步态周期内的第二角加速度轨迹，上述三个姿态信息中均包括目标姿态角的角度及目标姿态角的角速度，目标姿态角包括俯仰角和/或横滚角；根据第一角加速度轨迹及第二角加速度轨迹，计算得到仿人机器人在当前步态周期末尾的落足点位置，落足点位置使仿人机器人稳定。如此，可使机器人的上身姿态满足实际需求，同时保证机器人的稳定。

摘要： 本发明涉及一种企鹅机器人步态规划方法、系统、设备及存储介质，通过调用腿部舵机控制企鹅机器人的行走，该方法通过在髋关节添加一个左右偏转的自由度，采用单边六舵机运动控制方法，通过控制舵机的角度来实现行走和转向。与现有技术相比，本发明具有步态逼真、转向步态规划精度高以及转弯半径小等优点。

摘要： 本发明公开了一种基于重心稳定的下肢外骨骼步态规划方法，涉及机械外骨骼操控技术领域，包括步骤：根据下肢外骨骼各关节间的空间关系，以用户的髋部为基准坐标系构建运动学模型；基于步态运动过程中重心稳定原则，根据用户的步态参数规划运动学模型的足端轨迹；根据规划的足端轨迹，通过逆运动学分析获取各关节之间的角度调节信息；根据角度调节信息控制各关节处的电机实现下肢外骨骼的步态运动。本发明利用自主调节重心实现正常行走从竖直状态开始进行运动，使步态更加接近实际状态，解决现有技术需要先弯腿才能进行步态运动的反常规问题，从而更适合于下肢功能障碍者的康复治疗。