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缓冲/行走一体化着陆器运动学研究与步态规划

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宇航学报 2021年第4期42卷 467-476页

作者：贾山周向华陈金宝赵建华张胜南京航空航天大学航天学院南京211106 航天进入减速与着陆技术实验室南京211106 深空星表探测机构技术工信部重点实验室南京211106

针对未来深空探测领域载人登陆、星表物资转运和基地建设等任务需求,提出了一种缓冲/行走一体化六足着陆器,并进行了步态规划和仿真校验。首先介绍了着陆器构型和驱动/吸能集成式缓冲器功能实现;其次,建立了UP+2UPS三自由度悬臂式腿足... 详细信息

针对未来深空探测领域载人登陆、星表物资转运和基地建设等任务需求,提出了一种缓冲/行走一体化六足着陆器,并进行了步态规划和仿真校验。首先介绍了着陆器构型和驱动/吸能集成式缓冲器功能实现;其次,建立了UP+2UPS三自由度悬臂式腿足机构运动学模型,推导了以UP为主运动链的逆运动学,以及由UP主链旋转运动向2UPS支链伸缩运动的映射,并分析了其工作空间;第三,设计了行走与转弯步态,推导了足端迈步轨迹与各主动驱动关节伸缩轨迹之间的对应关系;最后,建立了该着陆器的虚拟样机模型,校验了腿足机构运动平稳性和着陆器步态行走稳定性。结果表明:所提出的着陆器腿足机构运动平稳,行走过程中本体无较大起伏和偏移、步态稳定裕度高,可为未来开展非确知复杂星表环境下的稳定着陆、移动探测、物资运输、基地建设等任务提供一种可行的装备方案。

关键词：缓冲/行走一体化六足着陆器运动学步态规划

气动柔性关节仿生六足机器人步态规划与运动性能研究

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农业机械学报 2018年第2期49卷 385-394,418页

作者：赵云伟耿德旭刘晓敏刘荣辉刘齐北华大学工程训练中心吉林132021 北华大学机械工程学院吉林132021

采用自主研发的气动多向弯曲柔性关节设计了一种仿生六足机器人。该机器人外形类似蜘蛛,利用腿部柔性关节在气压下的形变进行驱动。针对机器人腿部运动的特点,采用三角步态法,规划了机器人的行进和转弯步态,进行了仿真和实验。依据关节... 详细信息

采用自主研发的气动多向弯曲柔性关节设计了一种仿生六足机器人。该机器人外形类似蜘蛛,利用腿部柔性关节在气压下的形变进行驱动。针对机器人腿部运动的特点,采用三角步态法,规划了机器人的行进和转弯步态,进行了仿真和实验。依据关节形变机理,建立了机器人运动学模型,确定了本体和足部位置关系,分析了机器人的步距、转角和整体速度,并通过实验加以验证。利用3D运动捕捉系统进行了机器人运动学实验,获得了机器人足部工作空间,分析了在不同气压、步频和负载条件下机器人的运动性能。实验结果表明,按照规划步态,通过气压控制系统协调腿部运动,机器人可实现前进、平移和转弯等功能。该机器人最大运动速度为100 mm/s,可负载能力为0.5 kg。

关键词：气动柔性关节六足机器人步态规划运动性能

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基于最优化线性搜索的稳定步态规划方法

控制理论与应用 2008年第4期25卷 661-664,676页

作者：汤卿熊蓉褚健浙江大学工业控制技术国家重点实验室浙江大学信息学院先进控制技术研究所浙江杭州310027

提出一种基于最优化线性搜索的方法规划人形机器人的步态.通过对脚踝关节末端轨迹运动的规划和参考零力矩点(ZMP:zero moment point)轨迹的规划,将最优化泛函极值问题转换成为基于非线性约束最优化的问题,将连续空间多变量规划问题转换... 详细信息

提出一种基于最优化线性搜索的方法规划人形机器人的步态.通过对脚踝关节末端轨迹运动的规划和参考零力矩点(ZMP:zero moment point)轨迹的规划,将最优化泛函极值问题转换成为基于非线性约束最优化的问题,将连续空间多变量规划问题转换成为离散空间二维变量规划问题,提出了一套能够在线规划步态的控制算法.该算法的收敛性和稳定性在仿真和实物上都得到了验证.

关键词：人形机器人步态规划最优化零力矩点(ZMP)

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仿生六足机器人步态规划策略实验研究

华中科技大学学报（自然科学版） 2007年第12期35卷 72-75页

作者：黄麟韩宝玲罗庆生徐嘉北京理工大学机械与车辆工程学院北京100081 北京理工大学宇航科学技术学院北京100081

采用日本弓背蚁进行常规步态实验学研究和仿生学探索,通过对高速数字摄像机采样结果的判断和分析,发现了蚂蚁后足的滑行过程并定义为"滑动相".此外,还针对蚂蚁直线前进步态给出了合理的步态关系表达式,通过与周期规则步态的对比证明了... 详细信息

采用日本弓背蚁进行常规步态实验学研究和仿生学探索,通过对高速数字摄像机采样结果的判断和分析,发现了蚂蚁后足的滑行过程并定义为"滑动相".此外,还针对蚂蚁直线前进步态给出了合理的步态关系表达式,通过与周期规则步态的对比证明了该式的现实可行性,为仿生六足机器人进行周期不规则步态的规划奠定了理论基础.所采用的实验学研究和仿生学探索相结合的方法能有效提高仿生机器人的技术水平.

关键词：仿生机器人步态规划高速数字摄影机实验学研究仿生学探索

考虑综合步行约束的仿人机器人参数化3D步态规划方法

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机器人 2009年第4期31卷 342-350页

作者：伊强陈恳刘莉付成龙清华大学精密仪器与机械学系北京100084 清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084

给出了一种三维环境下双足行走的参数化步态规划方法,建立了仿人机器人13质量块约束动力学模型。考虑单腿支撑和双腿支撑无冲击连续切换的六点边界约束条件、可行步态物理约束条件以及ZMP稳定性约束条件,以关节输出力矩函数的二次型积... 详细信息

给出了一种三维环境下双足行走的参数化步态规划方法,建立了仿人机器人13质量块约束动力学模型。考虑单腿支撑和双腿支撑无冲击连续切换的六点边界约束条件、可行步态物理约束条件以及ZMP稳定性约束条件,以关节输出力矩函数的二次型积分值最小作为优化指标,采用参数化步态优化方法,将复杂关节轨迹的规划问题转化为分段多项式系数组成的有限参数向量的优化问题,得到了快速和慢速两组光滑无振动的优化步态。仿真和样机实验验证了该方法的有效性。

关键词：仿人机器人双足步行零力矩点(ZMP) 步态规划参数化优化

基于ADAMS的仿壁虎机器人步态规划及仿真

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机器人 2010年第4期32卷 499-504,509页

作者：阮鹏俞志伟张昊张晓峰戴振东南京航空航天大学仿生结构与材料防护研究所江苏南京210016 南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

分析了一种仿壁虎机器人的机械结构及其运动学原理,通过对壁虎运动行为的研究,规划了一种仿壁虎的墙面爬行对角步态.利用ADAMS对机器人沿垂直壁面爬行的运动进行了仿真,分析了模型质心位移、关节转矩以及足部与壁面之间的接触力等参数.... 详细信息

分析了一种仿壁虎机器人的机械结构及其运动学原理,通过对壁虎运动行为的研究,规划了一种仿壁虎的墙面爬行对角步态.利用ADAMS对机器人沿垂直壁面爬行的运动进行了仿真,分析了模型质心位移、关节转矩以及足部与壁面之间的接触力等参数.最后通过实验分析,验证了结构设计、步态规划的合理性,所选择的电机符合设计要求.

关键词：仿壁虎机器人爬壁机器人步态规划 ADAMS

面向仿人机器人自然步态规划的人体步行实验分析

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机器人 2008年第1期30卷 41-46页

作者：夏泽洋陈恳刘莉熊璟清华大学精密仪器与机械学系北京100084

自然步态规划方法是实现仿人机器人步态柔顺和能量优化的可行方法,该方法要求对人体步行及其平衡策略进行定量研究.本文分析自然步态规划方法的原理,建立了一套快捷有效的人体步态测试系统,并通过实验建立了人体步行的参数化数据库.实... 详细信息

自然步态规划方法是实现仿人机器人步态柔顺和能量优化的可行方法,该方法要求对人体步行及其平衡策略进行定量研究.本文分析自然步态规划方法的原理,建立了一套快捷有效的人体步态测试系统,并通过实验建立了人体步行的参数化数据库.实验结果揭示了人体步行的参数化特征及其平衡策略,对于仿人机器人的自然步态规划及控制提供了理论指导.结论特别指出,仅仅通过规划的方式实现仿人机器人的自然步态是不完备的,自然步态的实现必须同仿生控制策略相结合.同时实验结论对于仿人机器人的本体优化设计也提供了参考.

关键词：仿人机器人步态规划自然步态人体步态测试

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八足仿蟹机器人步态规划方法

哈尔滨工程大学学报 2011年第4期32卷 486-491页

作者：王刚张立勋王立权哈尔滨工程大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001

为了研究八足仿蟹机器人的步态方法,分析了生物螃蟹的运动特点,对八足仿蟹机器人的步序和步态参数进行了规划研究.通过研究相位因子变化对步态的影响,提出交错等相位波形步态.在满足步态稳定性和速度要求的前提下,计算出最小步足占空比... 详细信息

为了研究八足仿蟹机器人的步态方法,分析了生物螃蟹的运动特点,对八足仿蟹机器人的步序和步态参数进行了规划研究.通过研究相位因子变化对步态的影响,提出交错等相位波形步态.在满足步态稳定性和速度要求的前提下,计算出最小步足占空比.将能耗比作为步态性能的评价标准,对步态能耗进行分析,当相位因子为0.25时,能量损耗达到最小,而步足占空比与能量损耗成正比.步态仿真与实验结果表明,交错等相位波形步态与双四足步态相比具有更好的行走稳定性和较低的能耗比.

关键词：仿蟹形机器人步态规划相位因子能耗比

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一种仿真数字人步态规划优化算法

振动．测试与诊断 2009年第4期29卷 433-436页

作者：曹恒凌正阳王瑜龙勇波朱钧华东理工大学机械与动力工程学院上海200237

为了研究下肢骨骼服的行走步态,构造了HL-1(华理1号)仿真数字人体模型,并对数字人进行了步态规划。为了确保数字人行走的稳定,避免数字人行走过程中关节驱动的冲击,减小脚与地面的碰撞,在考虑前向与侧向运动存在耦合的条件下,提出了将... 详细信息

为了研究下肢骨骼服的行走步态,构造了HL-1(华理1号)仿真数字人体模型,并对数字人进行了步态规划。为了确保数字人行走的稳定,避免数字人行走过程中关节驱动的冲击,减小脚与地面的碰撞,在考虑前向与侧向运动存在耦合的条件下,提出了将正运动学和逆运动学方法相结合的步态规划优化算法,克服了原有的数字人步态求解方法的不足。应用该算法求得步态周期函数,仿真数字人在Matlab和Adams环境下进行了协同仿真,实现了数字人的平稳行走,验证了该步态规划优化算法的可行性。

关键词：仿真数字人运动学步态规划