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机械设计 2016年第1期33卷 64-69页

作者：李宏凯李志郭朝龙戴振东李伟波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 南京航空航天大学自动化学院江苏南京210016 南京机电液压工程研究中心江苏南京210061

四足机器人步态规划的合理性直接影响机器人的稳定性。文中结合虚拟腿、线性倒立摆和零力矩点原理,以占空比为0.5的对角步态为基础,在运动相过渡阶段加入10%周期的四足支撑过程。在支撑相时,用平滑的零力矩点轨迹推导出机器人质心轨迹,... 详细信息

四足机器人步态规划的合理性直接影响机器人的稳定性。文中结合虚拟腿、线性倒立摆和零力矩点原理,以占空比为0.5的对角步态为基础,在运动相过渡阶段加入10%周期的四足支撑过程。在支撑相时,用平滑的零力矩点轨迹推导出机器人质心轨迹,从而得到支撑相的足端轨迹;在摆动相时,结合椭圆与三次多项式规划了足端摆动相的轨迹,保证位置和速度的连续平滑性。通过动力学分析软件仿真分析,验证了新步态的合理性。

关键词：四足机器人虚拟腿线性倒立摆(LIPM) 零力矩点(ZMP)

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双足机器人模型预测控制算法的研究

双足机器人模型预测控制算法的研究

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作者：侯兰东齐鲁工业大学

学位级别：硕士

双足机器人作为腿足式机器人领域的重要研究对象,具有广泛的应用前景。在未来,其有望成为人类的助手,在紧急救援、物流配送等领域为人类提供帮助。然而,双足机器人的动力学非常复杂,这导致它的控制策略的设计也异常困难。所以,为双足机... 详细信息

双足机器人作为腿足式机器人领域的重要研究对象,具有广泛的应用前景。在未来,其有望成为人类的助手,在紧急救援、物流配送等领域为人类提供帮助。然而,双足机器人的动力学非常复杂,这导致它的控制策略的设计也异常困难。所以,为双足机器人设计稳定的控制策略,使其能够在地面行走、跳跃,一直是研究者们关注的焦点。本文旨在借助模型预测控制算法鲁棒性和适应性较强的特点,实现双足机器人的稳定控制。本文提出了一种正运动学模型预测控制方法作为双足机器人的逆运动学求解策略。同时,本文基于单刚体模型预测控制方法,为双足机器人提出一种改进的支撑腿控制方法和一种改进的控制框架。(1)正运动学模型预测控制方法,是一种新的基于数值迭代的逆运动学求解策略。与基于逆雅可比矩阵的数值迭代方法相比,该方法不需要对雅可比矩阵求逆,适用于雅可比矩阵无法求逆的情况。同时,与几何解析法相比,它的设计和求解过程固定且简单,不依赖于设计者对机械结构的理解,具有很强的通用性,因此可以降低双足机器人逆运动学算法的设计复杂度。(2)基于虚拟腿的单刚体模型预测控制方法,是一种改进的双足机器人支撑腿控制方法。在双足机器人的整体控制框架中,支撑腿控制策略很大程度上决定了机器人的稳定性。单刚体模型预测控制方法适用于四条腿的点状足机器人,而双足机器人只有两条腿,导致该方法的稳定性不高。特别是在静止站立时,因为此时双足机器人无法调整落足点位置。双足机器人具有线状足或者矩形足,与地面的接触较为稳定,但是该方法对腿部末端关节的利用率不高,无法发挥此项优势。实验结果表明,基于虚拟腿的单刚体模型预测控制方法,可以同时解决上述两个问题,增强站立时的稳定性。(3)基于扰动预测学习的双足机器人整体控制框架,将单刚体模型预测控制方法与深度强化学习算法相结合,是一种基于学习的控制方法。该方法将双足机器人摆动腿对躯干运动的影响建模为躯干的质心加速度扰动和旋转加速度扰动。并通过深度强化学习算法得到一个可以根据双足机器人运动状态输出扰动的预测策略。模型预测算法根据扰动预测值和单刚体动力学,给出地面反作用力的最优解,以抵抗摆动腿对躯干运动的影响,增强行走时的稳定性。新的框架放宽了单刚体模型对腿部质量占比的限制,拓宽了单刚体模型在双足机器人中的适用范围。

关键词：双足机器人单刚体模型模型预测控制深度强化学习虚拟腿

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液压机器人关节柔顺控制的研究与实现

液压机器人关节柔顺控制的研究与实现

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作者：杨嘉伟哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

腿式机器人是近年来国际上的热门研究领域,其对于复杂地形和恶劣环境具有较强适应能力,能够最大限度的协助人类完成各种复杂任务,具有广阔的应用前景。而液压伺服由于其功率密度大、动态响应快、抗电磁干扰性强等特点,能使机器人拥有更... 详细信息

腿式机器人是近年来国际上的热门研究领域,其对于复杂地形和恶劣环境具有较强适应能力,能够最大限度的协助人类完成各种复杂任务,具有广阔的应用前景。而液压伺服由于其功率密度大、动态响应快、抗电磁干扰性强等特点,能使机器人拥有更高的负载能力和动态性能。机器人在自然空间的轨迹运动控制已较为成熟,但在其进行相关作业或步态行走时与外界环境的接触是无法避免的。由于液压刚度较大,在与外界接触时会产生较大撞击,从而会严重影响腿式机器人的稳定性。因此本文由实际液压驱动腿式机器人的工程项目展开,通过增加弹性元件及柔顺控制算法实现让机器人能够表现出柔顺特性,并具有一定减缓冲击的能力。主要研究内容如下:首先,本文基于对非对称液压缸的模型分析,引入弹性元件将力检测转换为位置测量,增强了环境适应性。并分别对无阻尼器和带阻尼器的液压SEA数学模型进行了分析,建立了力控制的参数关系式,使得液压驱动器能够实现准确的力控制,并分析了其稳定性,验证了驱动器能够满足实际机器人柔顺控制的基本需求。接着通过对基于位置的阻抗控制模型进行分析,建立了机器人所受环境力与液压缸伺服位置之间的关系。通过内外环结合、实时进行受力状态补偿的控制方式。使机器人末端模拟出一定的阻抗特性,使其对未知环境具有更好的适应性。同时,从整体机器人腿部的角度分析了虚拟腿模型,通过运动学分析及机构几何关系建立了虚拟腿刚度、弹性元件变形量及液压缸位移之间的关系。使机器人能够在受力状态下表现出变刚度特性。最后结合控制方法,设计加工了液压串联弹性驱动器机构,并搭建了机器人实验平台,同时应用嵌入式QNX系统,完成多线程任务的创建及控制算法的编程。然后通过对单缸液压弹性驱动器的仿真和实验,验证了其稳定的力控制及动态响应能力。接着针对不同的刚度系数和阻尼系数对阻抗控制进行了仿真与实验,分析了刚度对机器人柔性的影响以及阻尼对调整过程的作用,并通过虚拟腿刚度控制实验验证了其能够提供变刚度的能力。最后通过行走实验,验证了两种方法均能够实现一定的柔顺控制效果。从而为机器人稳定性研究提供了支持。

关键词：液压机器人柔顺控制阻抗控制虚拟腿变刚度控制

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四足仿生移动平台技术发展综述及关键技术分析

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车辆与动力技术 2014年第1期 47-52页

作者：江磊刘大鹍胡松苏波姚其昌中国北方车辆研究所北京100072

在了解国外主要研究机构及其主要研究成果的基础上,对四足仿生移动平台的技术发展及其关键技术进行了总结和分析,并就四足仿生移动平台未来发展趋势进行了展望.

关键词：四足移动平台仿生学中心模式发生器虚拟腿

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高机动足式越野行走技术

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装甲兵学报 2022年第2期1卷 71-77页

作者：苏波许威江磊闫曈中国北方车辆研究所北京100072

针对足式机器人面临的挑战和具体应用需求,首先提出了高机动足式越野行走技术的基本概念,分析了越野环境对行走机构和步态行为产生的影响;其次,从腿/足/壤地面力学、步态行为和动力学模型等角度揭示了足式越野行走的基本原理;然后总结... 详细信息

针对足式机器人面临的挑战和具体应用需求,首先提出了高机动足式越野行走技术的基本概念,分析了越野环境对行走机构和步态行为产生的影响;其次,从腿/足/壤地面力学、步态行为和动力学模型等角度揭示了足式越野行走的基本原理;然后总结了为适应战场越野环境足式机器人所需的关键技术,并提出了相应的技术手段;最后展望了未来高机动足式越野行走关键技术的研究热点,为足式机器人军事化应用奠定了基础。

关键词：高机动足式机器人越野行走弹簧负载倒立摆(SLIP) 虚拟腿

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