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全方位四足步行机器人JTUWM－Ⅱ转弯步态控制的研究

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上海交通大学学报 1995年第5期29卷 87-92页

作者：马培荪马烈新加坡EXCEL高技术公司

本文以四足步行机器人为研究对象研究了转弯步态控制的实现途径．在分析前人研究的基础上，拟定了适合于实际控制的重心沿多折线行走的转弯步态，并详细讨论了转弯步态过程及其可行性．该步态控制已在所研制的ＪＴＵＷＭ－Ⅱ型全方位四... 详细信息

本文以四足步行机器人为研究对象研究了转弯步态控制的实现途径．在分析前人研究的基础上，拟定了适合于实际控制的重心沿多折线行走的转弯步态，并详细讨论了转弯步态过程及其可行性．该步态控制已在所研制的ＪＴＵＷＭ－Ⅱ型全方位四足机器人上实现．

关键词：步行机器人步态控制转弯步态机器人

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基于质心调整的四足机器人转弯步态规划

控制工程 2021年第11期28卷 2280-2285页

作者：王艳琴许威周川郭健南京理工大学自动化学院江苏南京210094 中国北方车辆研究所北京100072

针对四足机器人转弯过程中容易失稳的问题,提出了一种基于零力矩点(ZMP)稳定性判据动态调整质心的改进型转弯步态规划方法,提高了四足机器人转弯时的动态稳定性。该步态规划方法根据ZMP稳定性判据规划ZMP参考轨迹始终处于对角支撑线上,... 详细信息

针对四足机器人转弯过程中容易失稳的问题,提出了一种基于零力矩点(ZMP)稳定性判据动态调整质心的改进型转弯步态规划方法,提高了四足机器人转弯时的动态稳定性。该步态规划方法根据ZMP稳定性判据规划ZMP参考轨迹始终处于对角支撑线上,确保机器人具有最大的稳定裕度。通过线性倒立摆和ZMP结合的模型得到连续平滑的质心调整参考轨迹,利用坐标系间的参数变换矩阵将足端轨迹转换到机身坐标系下求解期望的关节角。最后,利用MATLAB和ADAMS进行仿真分析,仿真结果验证了所提转弯步态规划方法的有效性。

关键词：四足机器人转弯步态零力矩点质心调整动态稳定性

无侧摆关节型两足步行机器人转弯步态规划方法的研究

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中南矿冶学院学报 1994年第1期25卷 101-106页

作者：谭冠政朱剑英中南工业大学自动控制工程系南京航空航天大学

首先介绍了无侧摆关节型两足步行机器人的平衡方法，然后对这类两足步行机器人转弯运动的步态规划进行了详细研究，建立了转弯过程中２只脚不发生干涉的条件以及为维持步行稳定性对重心的约束条件，最后通过对ＮＡＩＷＲ－１两足步行机... 详细信息

首先介绍了无侧摆关节型两足步行机器人的平衡方法，然后对这类两足步行机器人转弯运动的步态规划进行了详细研究，建立了转弯过程中２只脚不发生干涉的条件以及为维持步行稳定性对重心的约束条件，最后通过对ＮＡＩＷＲ－１两足步行机器人的转弯运动进行计算机仿真，证实了本文所提出的转弯步态规划方法的正确性。

关键词：转弯步态步态规划似人机器人

基于人体运动特性的转弯步态预测及识别算法研究

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基于人体运动特性的转弯步态预测及识别算法研究

作者：刘广军哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

人体步态感知算法已经在步态监测,步态康复,行走助力等方面得到了广泛应用。然而,现有的步态感知算法大都存在局限,即仅关注直线步态和人体矢状面内的运动,难以实现对转弯步态等非直线、非对称步态的感知,这极大地限制了步态感知算法的... 详细信息

人体步态感知算法已经在步态监测,步态康复,行走助力等方面得到了广泛应用。然而,现有的步态感知算法大都存在局限,即仅关注直线步态和人体矢状面内的运动,难以实现对转弯步态等非直线、非对称步态的感知,这极大地限制了步态感知算法的应用。对转弯步态的感知主要包括:对直行到变向过渡期的感知,即对转弯步态的预测;对转弯步态特征的感知,即对转弯步态的识别。因此,研究转弯步态的运动特性及转弯步态的预测及识别算法对于完善步态感知算法,扩展可穿戴式系统的应用具有重要意义。针对现有步态感知算法无法对转弯步态进行预测及识别的问题,本文研究了转弯步态的人体运动特性,据此提出了可穿戴式的惯导系统布置方案,结合PSO算法提出了基于启发式特征的转弯步态的预测算法,结合监督式学习对转弯步态识别算法进行了研究,并通过在线步态实验对算法进行了优化和验证。具体开展了如下研究:首先,建立了人体下肢运动学模型,进行了步态试验并对试验数据进行了处理,获得了人体主要部位和下肢主要关节的运动学参数并建立了步态样本库;通过方差分析及相关性分析筛选出了转弯时具有显著特性的运动特征,进而通过对比分析同步态周期下直行与转弯过程中这些特征的变化曲线,总结了不同转弯方式下转弯步态的运动特性,解决了目前对人体转弯步态运动特性认知不足的问题。其次,基于人体转弯步态的运动特性,确定了转弯步态预测及识别算法的输入特征以及惯导的选择和布置;利用粒子群算法确定了转弯步态预测的启发式特征,基于此提出了三层判断结构的转弯步态预测算法;应用监督式学习对转弯步态识别模型进行了训练,利用惯导的步态样本集分别训练了判别分析、决策树、支持向量机和神经网络分类器模型,并通过交叉验证法对模型进行了评价,确定了应用BP神经网络的转弯步态识别模型,解决了目前缺少转弯步态预测及识别算法的问题。最后,为了对算法性能进行科学的评价,设计了在线验证实验,确定了准确性和时效性的评价指标,分别进行了单次定点转弯行走实验和连续不定点转弯行走实验,对转弯步态的预测及识别算法进行了分别评价,并根据结果对惯导布置及算法进行了分别优化,最后,通过实验对比验证,优化后的算法具有较好的精度和速度。

关键词：人体运动特性转弯步态步态预测步态检测监督式学习

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四足步行机器人转弯步态的研究

高技术通讯 1992年第1期 21-25页

作者：潘俊民方剑上海交通大学

用上海交通大学研制的JTUWM-Ⅱ型四足步行机器人进行了转弯步态的实验研究并获得成功。提出了转弯过程中机体转动的控制和四足位量调整的方案。按该方案,四足步行机器人能在原地转任何角度,因而可循任意给定的折线行走。分析计算了四足... 详细信息

用上海交通大学研制的JTUWM-Ⅱ型四足步行机器人进行了转弯步态的实验研究并获得成功。提出了转弯过程中机体转动的控制和四足位量调整的方案。按该方案,四足步行机器人能在原地转任何角度,因而可循任意给定的折线行走。分析计算了四足步行机器人一次能转过的最大角度和四足最佳初始位置。

关键词：四足步行机器人转弯步态最大转角

基于层次化联结CPG模型的蛇形机器人3维步态控制

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机器人 2014年第6期36卷 697-703页

作者：杨贵志马书根李斌王明辉中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院大学北京100049 日本立命馆大学机器人系

联结CPG(connectionist central pattern generator,CCPG)模型适于控制机器人生成步态,但是传统的CCPG模型无法很好地生成3维步态.为此,本文根据生物学原理,提出了一个改进的神经元模型和一个改进的层次化CCPG(hierarchical CCPG,HCCPG... 详细信息

联结CPG(connectionist central pattern generator,CCPG)模型适于控制机器人生成步态,但是传统的CCPG模型无法很好地生成3维步态.为此,本文根据生物学原理,提出了一个改进的神经元模型和一个改进的层次化CCPG(hierarchical CCPG,HCCPG)模型.HCCPG模型能够生成相位协调的多自由度运动控制信号,从而解决了传统CCPG模型的步态生成问题.基于该模型,提出了一个统一方法来生成机器人的2维、3维步态.对转弯步态的特性进行了系统化深入分析,以便更好地利用该步态来适应狭窄的弯道环境.本文提出的HCCPG模型以及得到的步态特性,有助于提高机器人的环境适应能力.

关键词：蛇形机器人层次化联结CPG模型 3维步态转弯步态

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四足步行机器人的弯道行走探讨

北京航空航天大学学报 1989年第3期15卷 1-10页

作者：孙汉旭张启先北京航空航天大学机械工程与电气工程系

本文根据地面情况,先拟定出能使步行机稳定行走的步态,然后找出可实现的步态可行集,只要在这个可行集内按转弯步态行走,就能保证步行机器人沿弯道稳定行走。本文给出了转弯步态的拟定方法,同时还给出了步行机器人步态可行性的判别条件。

关键词：机器人四足步行机转弯步态

穿MBT鞋进行90°转弯时的下肢生物力学特征分析

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穿MBT鞋进行90°转弯时的下肢生物力学特征分析

作者：刘玉洲宁波大学

学位级别：硕士

研究目的:本研究的目的在于通过采集受试者分别在穿MBT鞋与普通平底鞋完成直走步态、跨步式转弯步态以及旋转式转弯步态三种步态时的运动学与动力学数据,探究两种转弯步态的生物力学特征以及MBT鞋对转弯时下肢生物力学特征,从而为康复... 详细信息

研究目的:本研究的目的在于通过采集受试者分别在穿MBT鞋与普通平底鞋完成直走步态、跨步式转弯步态以及旋转式转弯步态三种步态时的运动学与动力学数据,探究两种转弯步态的生物力学特征以及MBT鞋对转弯时下肢生物力学特征,从而为康复中进行转弯训练时转弯方式的选择以及MBT鞋是否可以作为转弯训练时的训练用鞋从运动生物力学的角度提供一定的建议。研究方法:本研究选取了20名男性大学生作为受试对象(年龄:22.69±1.52岁,身高:175.39±1.42cm,体重:68.82±2.01kg),要求受试者在本研究设计的T型通道上分别在穿MBT鞋与穿普通平底鞋时完成两种步态:1.以右脚为支撑脚完成左转90°即跨步式转弯(STEP)2.以右脚为支撑脚完成右转90°即旋转式转弯(SPIN)。Vicon八摄像头三维红外运动捕捉系统用于采集受试者三种步态下的下肢运动学数据,Kistler三维测力台用于采集受试者三种步态下的动力学数据,所采集到的实验数据为受试者支撑腿髋关节、膝关节、踝关节的三维关节角度峰值以及支撑相的垂直地面反作用力,最后本研究使用SPSS18.0软件来对数据进行数据的统计学分析。研究结果:穿普通平底鞋时SPIN转弯步态与直走步态相比髋关节的外展、内旋、外旋峰值角度增大,内收峰值角度减小,膝关节的屈曲峰值角度减小,外展峰值角度增加,踝关节的外展、内收、外旋、内旋峰值角度都增大屈曲峰值角度减小。STEP转弯步态与直走步态相比较髋关节内收峰值角度增大,外展角度减小,膝关节屈曲峰值角度减小,内收峰值角度增加,踝关节的屈曲角度增加。穿MBT鞋进行90°转弯时,SPIN与STEP两种转弯步态对比直走步态,STEP与SPIN步态下髋关节屈曲的峰值角度明显减小,但是二者内收、内旋、外旋的峰值角度存在明显的增大。SPIN步态下踝关节的跖屈峰值角度增大了,对膝关节三维运动的影响表现为屈曲峰值角度的减小以及内收或外展峰值角度的增大,但是二者在水平面上的关节峰值角度与直走步态相比较二者的外旋峰值角度明显减小。在动力学方面,对比支撑相垂直地面反作用力的变化趋势,本研究发现对比SPIN、直走步态,STEP在支撑相前期存在两个波峰。在支撑相中期SPIN组与STEP、直走步态组相比较出现一个不是十分明显的小波峰。支撑相末期三种步态的地面反作用力变化趋势十分相近。在SPIN步态下支撑相中期,MBT与普通平底鞋相比较在支撑相中期都出现了一个较小的波峰,但是MBT鞋与普通平底鞋相比较其支撑相中期波峰较小。在STEP步态下,普通平底鞋与MBT鞋相比较其差异性主要体现在支撑相的初期,MBT表现为两个波峰,普通平底鞋表现为一个波峰。结论与建议:SPIN步态表现出了更加复杂的关节关节运动方式,STEP步态表现出了更加简单的关节运动方式。MBT鞋在两种转弯步态下所表现出来的生物力学特征与普通平底鞋在两种转弯步态下所表现出来的生物力学特征并无明显的差异,并且可以帮助踝关节在蹬离阶段更好的完成蹬离动作。转弯步态在作为康复训练的一个项目时应当加强对病人踝关节的保护。下肢存在伤病的人群在转弯时应尽量采取跨步式转弯方式这一比较简单的策略。健康人群在进行大强度以及转弯频繁发生的运动中要注意做好对踝关节的保护措施。MBT鞋可以在针对转弯的康复训练中作为康复用鞋使用。

关键词：转弯步态 90°转弯 MBT鞋运动生物力学

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基于跟随控制的沙漠六足仿生机器人设计

基于跟随控制的沙漠六足仿生机器人设计

作者：龚正洋宁夏大学

学位级别：硕士

机器人技术作为一门前沿交叉学科,目前已在世界范围内掀起了研究热潮,其中足式机器人因其灵活多变的运动形式成为重要研究对象。仿生学习是足式机器人研究中的重要环节,通过模仿生物的运动方式能够帮助其更好的适应各种复杂地形。因此,... 详细信息

机器人技术作为一门前沿交叉学科,目前已在世界范围内掀起了研究热潮,其中足式机器人因其灵活多变的运动形式成为重要研究对象。仿生学习是足式机器人研究中的重要环节,通过模仿生物的运动方式能够帮助其更好的适应各种复杂地形。因此,足式机器人在沙漠、戈壁、草原等非结构化环境中的通过性能远高于轮式与履带式。鉴于上述原由,本文模仿六足昆虫运动的基本原理,设计出一款能在沙漠中有效运行的六足仿生机器人。本文着手从机身布置、腿轮结构、传动装置、控制系统硬件与软件等方面对机器人整体进行相关设计与实现;机身设计为中间宽两头窄的形状,腿部采用新型的月牙轮结构;以STM32为控制芯片,结合伺服电机、位置传感器以及红外遥控装置等对控制系统硬件进行模块化设计,通过CAN总线实现电机驱动器与控制器模块之间的信号传输;根据沙漠复杂多变的地形情况提出了跟随控制策略,实现了类似六足昆虫的三角架直行、转弯步态,并通过改变对侧支撑角大小关系提出了一种能控制转弯半径的行进转弯步态,针对机器人在沙漠中行走时的沉陷问题设计了一种变支撑角控制策略。通过仿真分析了机器人步态的可行性及越障性能,完成了跟随控制程序及红外遥控程序的设计,制作了机器人的样机实物,并在沙漠环境中进行了步态验证,实现了机器人的运动控制。

关键词：沙漠六足机器人支撑角跟随角跟随控制转弯步态