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应用力学学报 2023年

作者：张奇志戈新生周亚丽赵秋玲北京信息科技大学自动化学院

研究柔性腿无缘轮被动动态行走器建模，并分析阻尼系数对系统动力学的影响。根据行走器的几何特征，选择独立广义坐标描述系统的位置，使用第二类拉格朗日方程建立柔性腿无缘轮被动动态行走器的动力学模型。对柔性腿的结构和物理性质进... 详细信息

研究柔性腿无缘轮被动动态行走器建模，并分析阻尼系数对系统动力学的影响。根据行走器的几何特征，选择独立广义坐标描述系统的位置，使用第二类拉格朗日方程建立柔性腿无缘轮被动动态行走器的动力学模型。对柔性腿的结构和物理性质进行分析，得到腿与地面的冲击阶段伸缩腿的切向发生冲击，而径向不传递冲击力的结论，并提出部分冲击假设条件下的状态跳变模型。采用不同的阻尼参数进行柔性腿无缘轮被动动态行走的数值仿真，结果验证了所提方法的有效性。选择较大的阻尼系数，周期行走的双支撑阶段占整个行走周期的77.6%，单支撑阶段占整个行走周期的22.4%，斜坡角度在0.1～0.7rad范围内可以实现周期行走。柔性腿无缘轮可被动动态行走的斜坡角度，随着阻尼系数的减小而减小。

关键词：被动动态行走冲击模型极限环柔性腿无缘轮

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双足被动动态行走机器人实时仿真系统开发与运动特性分析

双足被动动态行走机器人实时仿真系统开发与运动特性分析

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作者：姜鸿吉林大学

学位级别：硕士

近年来，双足被动动态行走机器人的研究获得了诸多学者的广泛关注，而在机器人的研究领域中仿真技术是一个重要的部分。机器人仿真系统作为一个安全可靠且灵活方便的工具，使机器人的设计和研究不断的深入发展，越来越受到人们的重视，... 详细信息

近年来，双足被动动态行走机器人的研究获得了诸多学者的广泛关注，而在机器人的研究领域中仿真技术是一个重要的部分。机器人仿真系统作为一个安全可靠且灵活方便的工具，使机器人的设计和研究不断的深入发展，越来越受到人们的重视，发挥着至关重要的作用。本论文的研究得到了国家自然科学基金项目（60974067）的资助，着重对双足被动动态行走机器人仿真系统的开发和机器人在二维平面和三维空间稳定行走控制等方面的问题进行研究。具体如下： ⑴机器人的控制与模型的参数是密切相关的，进行实验调试时模型的机构和环境参数需要做出相应修改，单一的机器人模型结构和固定姿态很难满足需要。本文开发仿真系统的虚拟样机参数设计模块，用户可以在仿真分析的过程中，只在界面上修改有关的设计参数，系统后台便可自动按照要求重新构建整个虚拟样机模型。 ⑵双足被动动态行走机器人的行走过程可描述为一个典型的混合系统，它是由连续的摆动阶段和离散的碰撞阶段组成。本文基于有限状态机思想，将双足机器人的步行周期分解为四个状态，并针对这几个状态的特点设计了自激励控制方法，通过在仿真平台上的调试，验证被动动态行走理论和该控制方法的有效性。 ⑶为了将双足被动动态行走机器人的研究扩展到三维空间，本文提出了一种带有可侧向活动上身的机器人结构：采用弹性脚，以保持行走时机器人的侧向动态平衡;带有活动上身，控制其产生侧向的摆动，平衡机器人本身产生的侧向力矩，达到稳定状态。分别对机器人的前向行走和侧向摆动进行控制，且使两个运动有相同的周期。在仿真平台上验证了该模型和控制方法，并对实验结果进行运动特性分析，为双足被动动态行走机器人的原型机设计和三维控制方法研究给出了指导。综上所述，本文对双足被动动态行走机器人仿真系统模块的开发和双足机器人在二维平面和三维空间行走的一系列研究，具有积极重要的意义。

关键词：仿真系统被动动态行走双足机器人有限状态机三维控制方法

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类圆规双足被动行走模型及其稳定性

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同济大学学报（自然科学版） 2017年第8期45卷 1209-1217页

作者：安康刘成菊同济大学电机与信息工程学院上海201804 上海师范大学信息与机电工程学院上海200234

研究一种两杆三质点类圆规双足被动行走模型,在行走模型上增加支撑脚横向和纵向两个自由度,以该模型为研究对象,求解被动动态行走步态,并分析其局部和全局稳定性.结果表明当模型的雅克比矩阵最大特征值在单位圆内且初始状态在吸引域内时... 详细信息

研究一种两杆三质点类圆规双足被动行走模型,在行走模型上增加支撑脚横向和纵向两个自由度,以该模型为研究对象,求解被动动态行走步态,并分析其局部和全局稳定性.结果表明当模型的雅克比矩阵最大特征值在单位圆内且初始状态在吸引域内时,行走步态稳定.为理解双足行走的运动机理提供指导,同时也为设计稳定、高效的双足机器人提供分析思路.

关键词：稳定性类圆规模型被动动态行走双足运动机器人学

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三维双足步行机器人的被动稳定行走控制方法研究

三维双足步行机器人的被动稳定行走控制方法研究

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作者：朱振超吉林大学

学位级别：硕士

近些年，双足被动动态步行机器人的研究逐渐成为人形机器人的研究热点。从简单的双足二维被动斜面开始，双足被动动态行走的研究开始向三维的实际平面动态行走扩展，而且各种被动动态行走样机的研制层出不穷。本文以三维双足机器人的被... 详细信息

近些年，双足被动动态步行机器人的研究逐渐成为人形机器人的研究热点。从简单的双足二维被动斜面开始，双足被动动态行走的研究开始向三维的实际平面动态行走扩展，而且各种被动动态行走样机的研制层出不穷。本文以三维双足机器人的被动动态行走为切入点，以863项目和国家自然基金项目为依托，着重研究了三维双足动态行走机器人的建模与控制以及ADAMS样机的控制等方面的问题。具体内容如下， 1)针对人类上身对于双足动态行走侧向平衡的作用，建立了一种带有可侧向摆动上身的三维双足机器人模型。本文在充分分析机器人上身侧向与前向运动的基础上，分别针对行走过程中的连续向前摆动行走阶段与碰撞切换阶段(膝关节碰撞与脚触地碰撞)进行了动力学建模研究，并采用混合动力学模型理论建立了三维双足机器人动力学模型。 2)侧向稳定控制是三维双足机器人连续稳定行走的前提条件。本文基于带有可侧向摆动上身的三维双足机器人模型，采用基于虚拟约束思想的混合零动态控制策略，保持机器人下身的侧向欠驱动特性并利用上身的侧向与前向运动，实现了三维双足机器人的平面动态稳定行走，验证了带有可侧向摆动上身的三维双足机器人的可行性。 3)双足机器人的原型机设计是以机器人的仿真技术为依托的。本文以PADW-JLUII型原型机为研究对象，建立了两种可用于双足机器人控制算法研究ADAMS虚拟样机模型：带有联动上身的ADAMS模型与不带上身的三维双足机器人ADAMS模型。针对双足机器人ADAMS模型的结构参数不确定性，进行了基于遗传算法的ADAMS模型的参数辨识研究，减小了理论模型与实际模型的结构差异性。 4)基于双足机器人ADAMS模型的控制算法研究可为实际机器人行走控制算法的开发提供前期实验验证与理论基础。本文通过对机器人ADAMS样机的双层脚板机构进行分析，提出了踝关节侧向力矩补偿控制与基于侧向和前向周期匹配控制策略的侧向稳定控制方法。在基于FSM的前向自适应力矩补偿控制策略的引导下，基于侧向和前向周期匹配控制策略可使机器人获得稳定的三维周期动态行走。本文提出的基于侧向和前向的周期匹配踝关节控制策略能够在机器人稳定的初始步态条件下，结合前向平面行走控制策略，可使双足机器人虚拟样机实现类人动态行走，可为双足机器人原型机的设计与控制调试提供指导。综上所述，本文针对三维双足机器人的被动动态行走的理论控制与原型机机构的控制进行了一系列研究，具有积极的意义。

关键词：三维双足机器人被动动态行走混合零动态侧向稳定控制三维动态行走

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动态行走双足机器人步态控制与足形优化研究

动态行走双足机器人步态控制与足形优化研究

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作者：李建飞吉林大学

学位级别：硕士

被动动态行走双足机器人的研究在近年来获得广泛的关注,希望成为人形机器人研究领域革命性进展的突破口。从简单的被动双足平面行走开始,被动动态行走样机的研制层出不穷。本文以被动动态行走机器人的被动特性为切入点,以863项目和国家... 详细信息

被动动态行走双足机器人的研究在近年来获得广泛的关注,希望成为人形机器人研究领域革命性进展的突破口。从简单的被动双足平面行走开始,被动动态行走样机的研制层出不穷。本文以被动动态行走机器人的被动特性为切入点,以863项目和国家自然基金项目为依托,着重研究了被动动态行走双足机器人的稳定行走步态控制与足形结构优化等方面的问题。具体如下, 1)针对平面行走机器人模型行走过程中的动力学特性,给出一类n自由机器人平面模型的建立方法。并给出两种类型的平面双足机器人模型,分别为两连杆平面机构模型和三连杆平面机构模型。这两种模型为后续的研究工作奠定了模型基础。 2)合适的初值是被动机器人能够连续稳定行走的前提。本文设计了分时力矩控制算法,将机器人的不稳定初始状态在一个步行周期之内调节到稳定的极限环上。此控制器扩大了机器人行走初值的范围,并且具鲁棒性强、收敛速度快等优点。 3)在获得稳定的初始步态后,机器人可以稳定连续行走。本文在机器人的行走过程中分别进行速度控制和跨越障碍物步态控制。在基于速度切换控制的基础上,研究了坡度变化时速度控制的方法。从仿生的角度,根据生物体双关节肌的作用进行了建模,并将此模型应用于被动行走机器人,完成行走过程中跨越障碍物的步态控制。 4)机器人的机构设计是机器人从理论研究到实践的一个关键点。本文在已有的863项目PADW-JLU二型机器人的基础上讨论了机器人足部结构优化问题。首先,建立了有足型结构的机器人模型,通过理论分析不同的足型结构对机器人行走的影响,得出最优的足型结构。本文提出的分时力矩控制算法能够较容易的调整行走步态的初值,是机器人复杂步态的产生与控制的前提;将速度控制和变坡度行走相结合,实现了在坡度变化时速度可控的步态;双关节肌模型的分析从仿生的角度给行走步态驱动原理的解释做出了一些探索。足形优化确保了稳定步态的持续,并为原型机的设计给出了指导。综上所述,本文就被动动态行走双足机器人的理论分析和原型机机构优化进行的一系列研究,具有积极的意义。

关键词：被动动态行走极限环步态控制足形优化

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