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双足机器人行走稳定性研究

哈尔滨工程大学学报 2009年第11期30卷 1285-1290页

作者：俞志伟王立权韩金华哈尔滨工程大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001

双足机器人行走的稳定性是双足行走最为重要的衡量指标之一.针对传统的基于零力矩点(ZMP)步态稳定性判据方法,分析了ZMP、COP的相互关系,表明在双足机器人与水平地面无粘性力和无吸附力作用下,其ZMP即为压力中心点COP.基于具有足趾关节... 详细信息

双足机器人行走的稳定性是双足行走最为重要的衡量指标之一.针对传统的基于零力矩点(ZMP)步态稳定性判据方法,分析了ZMP、COP的相互关系,表明在双足机器人与水平地面无粘性力和无吸附力作用下,其ZMP即为压力中心点COP.基于具有足趾关节的双足机器人足底支撑面多种变化,提出对多点接触时支撑多边形区域描述.结合ZMP/COP、COG的在支撑面内相对位置,提出了基于ZMP/COP、COG的综合稳定性判据.经仿真分析,与传统单一的ZMP稳定性判据相比,该综合稳定性判据能够更为准确地反映步态的稳定性.

关键词：双足机器人行走稳定性综合稳定性判据支撑区域描述

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下肢外骨骼机器人行走稳定性研究与应用

下肢外骨骼机器人行走稳定性研究与应用

作者：刘昆曲阜师范大学

学位级别：硕士

截止2019年,我国下肢运动功能障碍患者人数超过8500万。目前,有些患者通过下肢外骨骼机器人进行行走康复训练,而现有下肢外骨骼机器人存在行走稳定性差的问题,所以大多需要与拐杖配合使用,使用拐杖又会给下肢运动障碍患者造成行动上的... 详细信息

截止2019年,我国下肢运动功能障碍患者人数超过8500万。目前,有些患者通过下肢外骨骼机器人进行行走康复训练,而现有下肢外骨骼机器人存在行走稳定性差的问题,所以大多需要与拐杖配合使用,使用拐杖又会给下肢运动障碍患者造成行动上的不便和心理上的不良影响。为了患者能在下肢外骨骼机器人的辅助下摆脱拐杖,进行自由行走的康复训练,本论文对下肢外骨骼机器人的行走稳定性问题,通过运动学与动力学模型的建立、行走稳定性的分析、稳定性控制算法的设计及其实验验证进行了研究。主要研究内容如下:（1）建立下肢外骨骼机器人运动学与动力学模型。基于D-H法构建下肢外骨骼机器人正运动学模型,以求解摆动腿末端轨迹曲线。提出了Jacobian的下肢外骨骼机器人逆运动学模型构建方法,该方法的优点是能够快速获取各个关节角度轨迹,实时性更强。基于Lagrangian法建立下肢外骨骼机器人动力学模型,以求出各个关节角度和力矩之间的关系,为行走稳定性控制提供理论基础。通过Open Sim软件仿真,验证了基于Jacobian法逆运动学模型的准确性。对动力学建模,仿真出髋关节、膝关节力矩变化曲线。（2）依据ZMP理论,提出了一种基于脚底压力的ZMP实时坐标快速获取法,进而推导出下肢外骨骼机器人行走触发的条件。与传统ZMP坐标获取的方法相比,该方法获取ZMP坐标的速度更快,提高了下肢外骨骼机器人行走的流畅性。通过软件仿真,利用五点法仿真出下肢外骨骼机器人摆动腿末端轨迹曲线。（3）引入模糊PID的控制策略,调整髋关节角度改变人体重心,提高了双脚触地时的行走稳定性。针对传统滑模的控制算法,存在过大的抖振性问题,本论文引进RBF神经网络滑模的控制策略,减小了行走过程中的抖振性,提高了单脚触地时的行走稳定性,从而使下肢外骨骼机器人在行走过程中更加柔顺自然。（4）依托康复实验室下肢外骨骼机器人实验平台,对下肢外骨骼机器人行走稳定性进行实验验证。实验证明,在无拐杖辅助下,下肢外骨骼机器人带动实验者,实现了行走稳定的目的。

关键词： ZMP Jacobian法模糊PID控制 RBF神经网络滑模控制行走稳定性

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自走式高架喷雾机行走稳定性的研究

自走式高架喷雾机行走稳定性的研究

作者：李斌石河子大学

学位级别：硕士

玉米已成为我国面积种植最大的粮食作物,但随着气候变暖,耕作制度、种植业结构、种植品种、农业生态环境以及生产方式等条件的改变,玉米病虫害近些年有加重的趋势,而最佳施药时期——喇叭口期的玉米植株平均高度达到2.1米,具有高地隙的... 详细信息

玉米已成为我国面积种植最大的粮食作物,但随着气候变暖,耕作制度、种植业结构、种植品种、农业生态环境以及生产方式等条件的改变,玉米病虫害近些年有加重的趋势,而最佳施药时期——喇叭口期的玉米植株平均高度达到2.1米,具有高地隙的玉米施药机械才能满足玉米中晚期施药要求。由于高地隙玉米施药机械具有重心高、负载大和作业环境复杂等特点,其行走稳定性显得尤为重要。本文在分析国内外自走式高架喷雾机现状及车辆稳定性研究现状的基础上,对玉米自走式高架喷雾机展开设计研究,采用经典力学分析方法、有限元法及仿真试验,对玉米自走式高架喷雾机主要进行以下四个方面的研究:(1)对玉米自走式高架喷雾机的整机结构及关键部件结构进行研究设计,试制了一台自走式高架喷雾机;(2)运用经典力学理论,对高架喷雾机的行走稳定性进行分析,推导出纵向滑移角、纵向极限翻倾角、横向滑移角和横向极限翻倾角,得到了自走式高架喷雾机稳定性评价指标的计算公式;通过试验测得高架喷雾机的整机相关参数及重心的准确位置,根据稳定性理论推导出的计算公式得出高架喷雾机稳定性评价量化指标;(3)对影响整机稳定性的机架进行有限元静力分析,得出机架的应力云图和应变云图,结果表明,机架的强度和刚度都是满足要求的;针对机架行驶过程中产生的振动和噪音问题,对机架进行了模态分析,结果表明,机架不会因为发动机的激励造成共振。对整机进行了三维建模,利用模型简化实现了喷雾机在纵向和横向坡上滑移的动态仿真,仿真结果验证了纵向滑移角和横向滑移角的准确性。(4)进行田间试验,验证了两段不产生纵向滑移的坡道的坡角在评价量化指标内。

关键词：高架喷雾机行走稳定性 solidworks 有限元分析

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浅谈双足竞步机器人行走稳定性的研究现状

普洱学院学报 2016年第6期32卷 76-78页

作者：高梅叶丹何莞姚莹安徽文达信息工程学院安徽合肥231201

双足机器人的步态规划和步行控制是机器人研究的热点问题之一,而机器人的行走稳定性则是依靠机器人构型、步态规划和步行控制的。为此,研究主要针对双足竞步机器人保持行走稳定性采用的结构和方法。

关键词：双足竞步机器人行走稳定性自由度 ZMP

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橡胶弹性对仿人机器人行走稳定性的影响

橡胶参考资料 2024年第3期54卷 50-56页

作者：张洪影(编译) 西北橡胶塑料研究设计院有限公司陕西咸阳712023

行走是人类用于移动的一种与生俱来的能力。人类行走由与地面接触的交替循环组成,这依赖于脚肌肉和关节之间的协同作用以及脚表面的结构和硬度,以避免不平衡。这种机制使人类能够在不同的地面形态上行走,并且适应扰动。为了帮助人类完... 详细信息

行走是人类用于移动的一种与生俱来的能力。人类行走由与地面接触的交替循环组成,这依赖于脚肌肉和关节之间的协同作用以及脚表面的结构和硬度,以避免不平衡。这种机制使人类能够在不同的地面形态上行走,并且适应扰动。为了帮助人类完成日常工作,使用了辅助机器人。从移动角度来看,仿人机器人最适合,因为它们的运动与人类环境相容。然而,它们的设计存在某些不足,例如它们脚的平整度和刚度会导致意外滑移的发生。为了克服来自腿式机器人的脚-地交互作用所带来的困难,采用了两种主要途径。第1种途径是利用不同的控制技术来实现直线运动并保持恒定的压力中心。第2种途径是利用一种复杂的足部拓扑结构或者特殊材料来增加机器人的脚和地面间的摩擦来减少打滑的概率。

关键词：仿人机器人拓扑结构行走稳定性控制技术腿式机器人直线运动橡胶弹性交替循环

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仿人机器人行走稳定性分析

常熟理工学院学报 2011年第2期25卷 109-112页

作者：肖乐常晋义殷晨波常熟理工学院计算机科学与工程学院江苏常熟215500 南京工业大学机械与动力工程学院南京210009

提出了基于虚拟零力矩点FZMP的在线仿人机器人稳定行走控制方法,以机械系统动力学分析软件ADAMS为基础,建立仿人机器人虚拟样机模型.开发了用于仿人机器人行走仿真的平台,实现了仿人机器人参数化建模,完成了基于虚拟样机技术的仿真.

关键词：仿人机器人虚拟零力矩点行走稳定性虚拟样机

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步行船式车辆行走稳定性的比较研究

农业工程学报 1999年第1期15卷 63-68页

作者：洪添胜张泰岭罗锡文区颖刚邵耀坚华南农业大学

为研究适用于沿海松软滩涂牧草地面上作业机器的行走机构，达到既不缠草又能利用草根推进的目的，提出了步行船式车辆行走机构。该文对六腿两相位、八腿两相位和十二腿四相位步行船式车辆的质心高度的跳动、前进速度的波动、行走方向的... 详细信息

为研究适用于沿海松软滩涂牧草地面上作业机器的行走机构，达到既不缠草又能利用草根推进的目的，提出了步行船式车辆行走机构。该文对六腿两相位、八腿两相位和十二腿四相位步行船式车辆的质心高度的跳动、前进速度的波动、行走方向的摆动以及步行船式车辆左右摇动进行比较分析，讨论了步行船式车辆的结构及土壤条件对步行船式车辆行走性能的影响及其改善途径。

关键词：步行船式车辆步行腿行走稳定性土壤

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足部跖趾关节约束对人体步态稳定性的影响

医用生物力学 2022年第5期37卷 812-817页

作者：杨天骏熊慧天津工业大学控制科学与工程学院天津300387

目的研究足部跖趾关节约束对人体步态稳定性的影响。方法在水平湿滑试验台上进行足部跖趾关节有、无约束两种状态下的步态实验,分析时空步态参数、运动学参数、动力学参数以及利用摩擦因数(utilization coefficient of friction,UCOF)... 详细信息

目的研究足部跖趾关节约束对人体步态稳定性的影响。方法在水平湿滑试验台上进行足部跖趾关节有、无约束两种状态下的步态实验,分析时空步态参数、运动学参数、动力学参数以及利用摩擦因数(utilization coefficient of friction,UCOF)差异。结果跖趾关节有约束状态下,人体行走平均步速减小50 mm/s,跨步长度缩小0.22 m,双支撑相时间缩短70 ms;跖趾关节约束会使髋、膝关节在矢状面内的活动范围显著增大,而踝关节活动范围减小。同时,跖趾关节约束状态UCOF幅值是无约束状态的1.15倍,表明人体滑跌的概率增大以及行走不稳定性增加。结论足部跖趾关节约束会降低行走稳定性。研究结果为足部趾屈运动康复设备的研发提供数据和理论支持。

关键词：跖趾关节约束步态利用摩擦系因数行走稳定性

双重任务介入对人体静态平衡和动态稳定性的影响

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中国康复医学杂志 2024年第4期39卷 581-584页

作者：刘鑫玥霍洪峰河北师范大学体育学院石家庄市050024 河北省人体运动生物信息测评重点实验室

跌倒是导致老年人死亡和伤残的主要危险因素之一,每年约三分之一65岁以上老年人至少经历1次跌倒,并且有高达90%以上的髋关节骨折是由跌倒引发的,导致人体运动功能受损,社会参与受限,直接降低日常生活质量[1-2]。良好的姿势控制能力是维... 详细信息

跌倒是导致老年人死亡和伤残的主要危险因素之一,每年约三分之一65岁以上老年人至少经历1次跌倒,并且有高达90%以上的髋关节骨折是由跌倒引发的,导致人体运动功能受损,社会参与受限,直接降低日常生活质量[1-2]。良好的姿势控制能力是维持日常生活活动的基础,也是有效预防跌倒的必要因素。老年人及神经系统障碍患者运动控制水平下降,神经协调能力不足,步态异常,行走稳定性下降,增加其跌倒风险[3]。为科学有效地预防跌倒发生,姿势控制的神经力学机制逐渐受到研究者们的关注。双任务研究范式是指在进行姿势控制的同时完成一项认知任务或其他运动任务,贴切日常生活活动的多任务情景.

关键词：神经系统障碍步态异常日常生活质量预防跌倒髋关节骨折跌倒风险日常生活活动行走稳定性