双足机器人

摘要： 为提高双足机器人的步行性能,提出了基于五质心模型的预测控制实现方法。该方法按照机器人的结构,将机器人质量分配在躯干、双臂、双腿中的五个质心,并推导出基于机器人腰部的零力矩点变换公式。应用模型预测控制方法,控制机器人在线跟踪优化的行走轨迹。为验证算法正确性,进行了3D动态仿真实验和现实环境中步行实验。实验结果与基于单质心模型和三质心模型的模型预测控制算法对比,证明这里算法具有更高的步行轨迹跟踪精度。

摘要： 对仿生人类腰部以下结构,设计一种关节型双足机器人。构建其行走与站立两种基本运动的运动学模型,通过逆运动学分析对其关键数值进行解算。实验验证了机器人设计及运动分析的合理性。

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： RoboCup3D仿真系统融合了人工智能、传感器、通信、智能控制等多门学科的相关技术。针对RoboCup3D仿真中双足机器人的踢球动作设计问题(如:踢球力度弱、摔倒等)提出了一种基于大脚球的进攻策略。采用大脚球的进攻策略可以有效的促使足球快速的踢进对方半场后方,在仿真比赛中极具攻击性。仿真结果验证了它的有效性和实用性。

摘要： 传统双足机器人行走使用轨迹跟踪控制,而人类行走大部分时间处于被动状态。针对半被动变长度弹性伸缩腿双足机器人从静止状态开始起步行走的问题,提出了一种起步行走仿人控制方法。首先,使用串联弹性驱动双足弹簧负载倒立摆(B-SLIP)模型;然后,利用拉格朗日方法建立行走动力学方程,并利用模型的自稳定性在双支撑阶段采用能量误差比例积分(PI)反馈控制与惰性控制方法控制后腿伸缩,在单支撑阶段采用摆动腿回摆方法控制机器人的高度和前向速度。仿真结果表明,所提出的控制策略可使双足机器人在水平面上实现起步行走过程,并且对应的控制系统对于外部周期扰动力具有抗干扰能力。

摘要： 弹簧负载倒立摆模型是一种典型的双足行走模型,已经成为研究机器人类人行走的基础。本文在此模型的基础上进行了扩展,通过添加刚性躯干、脚质量及采用变长度伸缩腿,充分考虑了躯干及摆动腿动力学对机器人行走步态的影响。首先,利用欧拉–拉格朗日法推导了动力学方程。其次,设计了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。第三,提出了步态切换策略,通过控制腿部长度和髋关节力矩来实现步态切换,从而改变平均行走速度。最后,通过计算机仿真验证了该方法的有效性。仿真结果表明:该控制策略能够有效地跟踪系统的期望轨迹及实现两种自然步态之间的切换,并形成稳定的极限环,实现机器人的稳定行走。

摘要： 本设计是一款基于STM32F103单片机的窄足机器人,该机器人设计简单,行走方式灵活多变。将中央控制器与操舵装置控制器,以及舵机加上的各种传感器部件和电子控制部件相结合,组成了一个双窄足机器人,从而实现行走的目的。单片机中央控制器和操舵装置控制器之间采用串口通信形式进行,硬件有主控制器,姿态传感器和无线通信模块等。软件方面主要包含了单片式微型计算机系统初始化、主程式、消息收集及暂停程式、并完成了串通讯的接收与传送程式等。双足行走自动化机器人基于KeilμVision4编写的上位机应用软件,完成了很好的人机互动;最后在Matlab模拟试验。经过仿真和试验结果显示,自动化机器人的滑膜关节运动很稳定,能够实现垂直、卧倒、向前、倒退、左转、右转和翻跟头等动态,从而较好地解决了多路操舵器的联合操作。设计的机器人是靠腰部旋转推动前进,以保证运行的平稳;扩大双足间的距离以增加步幅,并提高舵机速度以增加机器人的运动速率。

摘要： 为了研究动力学参数对双足机器人步态的影响,以被动步行平足机器人为研究对象,基于拉格朗日方法和角动量守恒定律,建立系统动力学方程并进行了数值仿真。通过极限环阐述了平足机器人的周期步态;利用分岔理论分析了脚掌、脚跟、质心位置、质量比和斜面角度对平足机器人稳定步态的影响;使用点映射在二维参数空间中追踪了平足机器人的动力学行为。结果表明,平足机器人的能量损耗主要发生在摆动腿与斜面碰撞时;随着脚跟、质心位置、质量比的变化,平足机器人步态出现逆倍周期分岔现象,且平足机器人对脚跟长度、质心位置的变化十分敏感;同时,通过平足机器人在二维参数空间中维持稳定步态的动力学参数组合,以及不同足形对机器人全局稳定性的影响,证明了足形对双足机器人稳定行走的重要性。研究成果为双足机器人的结构设计、节能控制提供了重要依据。

摘要： 为解决多自由度双足机器人步行控制中高维非线性规划难题,挖掘不确定环境下双足机器人自主运动潜力,提出了一种改进的基于深度确定性策略梯度算法(DDPG)的双足机器人步态规划方案.把双足机器人多关节自由度控制问题转化为非线性函数的多目标优化求解问题,采用DDPG算法来求解.为解决全局逼近网络求解过程收敛慢的问题,采用径向基(RBF)神经网络进行非线性函数值的计算,并采用梯度下降算法更新神经网络权值,采用SumTree来筛选优质样本.通过ROS、Gazebo、Tensorflow的联合仿真平台对双足机器人进行了模拟学习训练.经数据仿真验证,改进后的DDPG算法平均达到最大累积奖励的时间提前了45.7％,成功率也提升了8.9％,且经训练后的关节姿态角度具有更好的平滑度.

摘要： 为了实现双足机器人在不平整地面的稳定行走,提高双足机器人的柔顺性,在阻抗模型的基础上,将滑模控制和阻抗控制相结合应用到双足机器人的控制中,建立了双足机器人系统的数学模型;基于阻抗控制模型设计滑模阻抗控制器,建立了被控对象模型、阻抗模型以及控制算法;应用SIMULINK分别对阻抗控制和滑模阻抗控制进行仿真,分析了两种控制方法的轨迹跟踪图,仿真结果表明:采用所设计的滑模阻抗控制器具有较高的跟踪精度和良好的鲁棒性.

摘要： 双足机器人的运动学建模就是确定双足机器人各个关节角与各连杆之间的运动学关系,通过指定机器人各个连杆的几何参数和关节运动情况,确定机器人各个部分相对参考坐标系的位姿.运用D-H位移矩阵法分别对各个自由度建立坐标系,采用CAD软件SolidWorks软件建立机器人的三维几何模型,采用Matlab软件计算各个关节的转角及各连杆的齐次矩阵变换,将计算所得的数据与所建立的运动学模型校验比较,最终通过SolidWorks软件的COSMOS/Motion模块的实现双足机器人的运动学仿真.

摘要： 研究了半被动双足机器人行走过程固定点的全局稳定性问题.使用罗盘机器人模型,在脚与地面冲击前,采用支撑腿的脉冲推力作为行走的动力源.通过引入一个限位器使两腿间的夹角在脚与地面冲击时保持为常数.采用庞加莱映射方法证明了半被动双足机器人行走固定点的存在性及其稳定性.分析了脉冲推力作用方向对双足机器人稳定行走的影响,并讨论了固定点存在的动力学附加条件.针对模型已知和未知2种情况,分别设计了行走控制律理论分析和仿真结果表明,采用所提出的控制方法,半被动机器人可以在水平面上稳定行走,当脉冲推力作用方向与前腿垂直时控制效率最高.

摘要： 介绍了双足机器人控制系统总体方案,根据双足机器人关节自由度分析配置,选择伺服电机作为关节驱动元件,确定了基于CAN总线通信模式的分布式控制方案;构建了控制系统硬件平台,确立了以PCM3362为核心的嵌入式控制系统硬件框架;设计了双足机器人的控制系统软件,编制了控制系统的上位机与下位机软件无线局域网通信实现双足步行过程的运动控制.结果表明机器人能实现双足步行的一系列动作,构建的控制系统平台满足要求.

摘要： 为了满足双足机器人控制系统的综合实验要求,设计了基于QNX嵌入式系统的硬件、软件和控制算法平台.以ARM Cortex A8开发板为核心搭建硬件平台,并完成了QNX操作系统的移植与配置；根据QNX强实时性和高可靠性的特点,开发了双足机器人嵌入式控制系统；在PC机上利用VC++实现控制界面的设计；通过行走、书法等实验,验证了嵌入式系统和控制算法的可行性.

摘要： 分析了髋关节位置对双足机器人步行稳定性判据零力矩点(ZMP)的影响，以ZMP稳定裕度为参数构造目标函数，利用粒子群优化算法(PS0)对基于3次样条插值方法规划的双足机器人步态进行优化，从而得到ZMP稳定裕度大的平滑步态。仿真实验表明：该方法规划的步态实现了双足机器人稳定、协调地行走。

摘要： 基于中枢模式发生器(CPG)机理实现双足机器人NAO的行走控制。利用Kimura振荡神经元设计双足机器人的重心轨迹，得益于CPG丰富的动态特性，机器人的重心轨迹可以通过调节CPG参数来灵活调节。进一步利用生成的重心轨迹信息来在线规划机器人的脚掌轨迹，得到具有环境适应性的脚掌轨迹从而达到适应性行走的目的。通过开放动力学引擎(ODE)3D仿真实验，验证了所设计的CPG控制方法的可行性与有效性。

摘要： 针对双足机器人,在线性倒立摆模型(LIPM)的基础上,提出了无双足支撑阶段的机器人快速行走优化方法.该方法在当前单足支撑阶段中寻找合适的换足时刻,使前后单足支撑阶段的质心位置与速度相匹配,达到了消除双足支撑阶段,提高行走速度的目的.在NAO机器人上进行对比实验发现:采用优化后的行走方法,机器人行走速度得到了明显提升.

摘要： 本文提出了一种新型双足机构,其具有成本低和易操作的设计特征,且它具有传统的双足机器人所具备的典型行走模式,如直走、转弯、越障和上楼梯.为了选择合适的驱动电机,在MSC.ADAMS里对该机构进行了动力学仿真,文章报道并分析了仿真结果.另外,根据仿真结果,对该双足机构的运动性能进行了评估,同时也分析了该机构的操作特性.

摘要： 针对有躯干双足机器人的被动行走,以躯干对双足步行的影响为侧重点,采用Matlab仿真的方式建立了2个纯被动有躯干机器人模型,分别为腿部无质量模型和腿部有质量模型.研究了2个模型中不同躯干质量、躯干长度对步行能量效率的影响,并将这2个模型的结果与对应的纯被动无躯干机器人模型进行了对比.结果表明:在相同的步行速度下,无躯干的机器人比有躯干的机器人更省能,躯干质量越小、躯干长度越小,机器人步行越省能.即在双足被动行走中,躯干在能量效率方面起不利作用.

摘要： 建立一个具有躯干的纯被动的双足机器人模型，该模型的腿部为无质量的弹簧。通过数值仿真的方法研究机器人模型在水平地面上的步行，并对弹簧的劲度系数与步行的周期和步长的关系进行研究。研究结果表明:尽管躯干不受任何驱动器的控制，该模型能够实现在平面上的无能耗步行。

摘要： 本发明适用于机器人技术领域，提供了一种双足机器人的偏移预警方法、装置及双足机器人，通过在确定双足机器人处于双足站立状态且不再晃动时，获取并记录第一姿态角参数，并触发计时器开始计时，并在计时器的计时时长达到预设时长时，获取并记录第二姿态角参数，然后根据第一姿态角参数和第二姿态角参数，计算双足机器人的惯性测量单元IMU偏移量，在确定IMU偏移量大于预设偏移量时，发送偏移提示信息，并保持双足机器人的当前状态不变，从而有效地避免了因惯性测量单元的数据漂移导致双足机器人行走出现偏差异常，没法有效地保证双足机器人行走的稳定性和安全性的问题，保证了双足机器人运动的稳定性和安全性。

摘要： 本申请实施例提供一种双足机器人舞蹈平衡控制方法、装置和双足机器人，该方法包括：在机器人至少存在一条支撑腿的情况下，获取机器人反馈的实际关节角度和实际足底受力，并利用实时反馈的关节角度及足底受力信息来计算ZMP偏差，进而利用该ZMP偏差进行期望动量计算，并结合将关节参考角度与实际关节角度的差值作为优化变量的关节角速度优化函数，最终计算出能够同时满足舞蹈动作跟踪及平衡运动的关节角度以进行控制。本方案可以在不需要严格设计舞蹈运动轨迹的情况下，实现舞蹈动作下的整机稳定，具有较强的外界抗干扰能力和快速响应能力。

摘要： 本申请提供一种双足机器人控制方法、装置以及双足机器人，属于机器人行走路径确定技术领域。该方法包括：获取相机采集的双足机器人当前所在场景的视觉图像，视觉图像中包括至少一个落脚点，每个落脚点用于标识一个位置区域；根据仿射变换矩阵对视觉图像进行仿射变换处理，得到视觉图像中目标落脚点对应的目标坐标位置，仿射变换矩阵通过预先对相机进行标定处理得到，目标落脚点为机器人双足当前落脚点的下一落脚点，目标坐标位置为目标落脚点在世界坐标系中的坐标位置；控制机器人双足行走至目标坐标位置。本申请可以通过仿射变换矩阵得到目标坐标位置，进而提供准确的落脚点坐标信息，提高机器人行走的稳定性。

摘要： 本申请适用于机器人技术领域，提供了双足机器人的弹跳运动控制方法、装置及双足机器人，包括：在双足机器人离开地面之前，根据所述双足机器人在空中停留的时间或空中翻转的时间，预估所述双足机器人离开地面之后的运动轨迹；根据所述运动轨迹以及逆运动学计算出所述双足机器人腿部各个关节的第一运动角度；根据所述双足机器人将要执行的动作所属的运动类型确定约束条件；根据所述约束条件对所述第一运动角度进行优化，得到第二运动角度；根据所述第二运动角度控制所述双足机器人的弹跳运动。通过上述方法，能够保证双足机器人以不超出关节的角度限位的第二运动角度进行弹跳。

摘要： 本发明公开了四舵机双足机器人及四舵机双足机器人姿态模拟的方法，包括主机外壳和安装于主机外壳下端的两个脚，脚均由腿部和足部组成，腿部和足部中均设有一舵机舱，左侧的腿部和足部的舵机舱中分别安装第一、第二舵机，右侧的腿部和足部的舵机舱中分别安装第三、第四舵机，第一舵机设置于第二舵机上端，第三舵机设置于第四舵机上端。本发明结构简单，此项专利在进行机器人设计之前，就可以用以进行动作的虚拟计算模拟，从而不用等到真正的模具制作出来以后再进行验证，缩短了时间，降低了成本，增加了稳定性，能避免了各部件的卡住及机器人的摔倒。

摘要： 一种双足机器人步态控制方法以及双足机器人，包括以下步骤：获取六维力信息，并根据该六维力信息判断双足机器人的支撑状态；根据该六维力信息，计算双足机器人每个足部的ZMP位置；根据支撑状态以及本体姿态误差设定每个足部的ZMP期望值；根据该ZMP位置和ZMP位置变化率以及该ZMP期望值以及该ZMP期望值的变化率确定该双足机器人每个足部的踝关节补偿角度；根据该踝关节补偿角，实时跟踪调整双足机器人当前的踝关节角度；以设定频率循环以上步骤直至在不同支撑状态中完成姿态控制或踝关节柔顺。

摘要： 本申请适用于机器人技术领域，提供了双足机器人的弹跳运动控制方法、装置及双足机器人，包括：在双足机器人离开地面之前，根据所述双足机器人在空中停留的时间或空中翻转的时间，预估所述双足机器人离开地面之后的运动轨迹；根据所述运动轨迹以及逆运动学计算出所述双足机器人腿部各个关节的第一运动角度；根据所述双足机器人将要执行的动作所属的运动类型确定约束条件；根据所述约束条件对所述第一运动角度进行优化，得到第二运动角度；根据所述第二运动角度控制所述双足机器人的弹跳运动。通过上述方法，能够保证双足机器人以不超出关节的角度限位的第二运动角度进行弹跳。

摘要： 本申请实施例提供一种双足机器人舞蹈平衡控制方法、装置和双足机器人，该方法包括：在机器人至少存在一条支撑腿的情况下，获取机器人反馈的实际关节角度和实际足底受力，并利用实时反馈的关节角度及足底受力信息来计算ZMP偏差，进而利用该ZMP偏差进行期望动量计算，并结合将关节参考角度与实际关节角度的差值作为优化变量的关节角速度优化函数，最终计算出能够同时满足舞蹈动作跟踪及平衡运动的关节角度以进行控制。本方案可以在不需要严格设计舞蹈运动轨迹的情况下，实现舞蹈动作下的整机稳定，具有较强的外界抗干扰能力和快速响应能力。

摘要： 本发明公开了一种仿生双足机器人的控制方法及仿生双足机器人。所述仿生双足机器人的腿包括通过连杆依次连接的臀机构、膝机构、踝机构和趾机构，臀机构、膝机构和踝机构各包括若干关节，趾机构包括趾关节和与趾关节相连的脚掌，所述控制方法包括步骤：获取仿生双足机器人的移动指令，确定仿生双足机器人的腿的初始状态和腿的终点状态；根据腿的终点状态，确定趾关节的终点位姿；根据腿的初始状态和趾关节的终点位姿，确定臀机构、膝机构和踝机构中各关节的转角；根据各关节的转角和腿的初始状态，确定关节的速度、加速度和力，控制各所述关节转动，使得所述仿生双足机器人按照所述移动指令移动。

摘要： 本申请提供一种双足机器人控制方法、装置以及双足机器人，属于机器人行走路径确定技术领域。该方法包括：获取相机采集的双足机器人当前所在场景的视觉图像，视觉图像中包括至少一个落脚点，每个落脚点用于标识一个位置区域；根据仿射变换矩阵对视觉图像进行仿射变换处理，得到视觉图像中目标落脚点对应的目标坐标位置，仿射变换矩阵通过预先对相机进行标定处理得到，目标落脚点为机器人双足当前落脚点的下一落脚点，目标坐标位置为目标落脚点在世界坐标系中的坐标位置；控制机器人双足行走至目标坐标位置。本申请可以通过仿射变换矩阵得到目标坐标位置，进而提供准确的落脚点坐标信息，提高机器人行走的稳定性。