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吉林大学学报（工学版） 2023年第3期53卷 902-912页

作者：张帅帅尹燕芳肖林京姜帅山东科技大学电气信息系济南250031

为使四足机器人在不配备地形感知设备的情况下,依然能够根据地形崎岖度变化自主调整自身步态规划参数,以提高其在复杂未知地形中的稳定性和适应性,提出了基于门控循环单元(GRU)模型的静步态规划方法。首先,给出了一种连续矩形迈步轨迹... 详细信息

为使四足机器人在不配备地形感知设备的情况下,依然能够根据地形崎岖度变化自主调整自身步态规划参数,以提高其在复杂未知地形中的稳定性和适应性,提出了基于门控循环单元(GRU)模型的静步态规划方法。首先,给出了一种连续矩形迈步轨迹生成方法,能够保证机器人的摆动足在未知地形上顺利摆动至目标落足点且整个迈步过程连续。然后,提出了可通过调整参数改变躯干运动轨迹的规划方法。最后,利用GRU模型及各摆动足迈步时间实现对躯干运动轨迹规划中可调整参数的预测,以使四足机器人生成与地形崎岖度变化相适应的运动,且运动过程中能够兼顾能量消耗和自身稳定性。实验结果表明了本文方法的正确性和有效性。

关键词：机器人静步态规划门控循环神经网络迈步轨迹

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崎岖地形环境下四足机器人的静步态规划方法

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吉林大学学报（工学版） 2016年第4期46卷 1287-1296页

作者：张帅帅荣学文李贻斌李彬山东大学控制科学与工程学院济南250061 齐鲁工业大学理学院济南250353

为了使四足机器人能够通过姿态调整提高其自身的地形适应性,给出了机器人姿态调整角的计算方法。四足机器人在行走过程中通过躯干的摆动增加稳定裕度,并使用五次曲线对躯干运动轨迹进行规划,保证了整个运动过程的连续性。另外,为克服机... 详细信息

为了使四足机器人能够通过姿态调整提高其自身的地形适应性,给出了机器人姿态调整角的计算方法。四足机器人在行走过程中通过躯干的摆动增加稳定裕度,并使用五次曲线对躯干运动轨迹进行规划,保证了整个运动过程的连续性。另外,为克服机器人无法获取地形信息的不足,规划了一种矩形摆动足足底轨迹。仿真实验结果表明:使用提出的静步态规划方法,四足机器人可以在未知地形信息的情况下,实时、自主、稳定地通过复杂度较高的崎岖地形。

关键词：自动控制技术四足机器人静步态规划躯干运动曲线足底轨迹

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基于RGB-D相机的四足机器人环境感知与静步态规划研究

基于RGB-D相机的四足机器人环境感知与静步态规划研究

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作者：王祺鑫哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

足式机器人依靠离散支撑点运动,相较于轮式、蠕动式、履带式等其它移动方式,对行走路面的要求更低,灵活性更强。足式机器人中,四足机器人在保证稳定性的同时避免了机构的冗余,是机器人研究领域的热点方向之一。本文针对四足机器人在室... 详细信息

足式机器人依靠离散支撑点运动,相较于轮式、蠕动式、履带式等其它移动方式,对行走路面的要求更低,灵活性更强。足式机器人中,四足机器人在保证稳定性的同时避免了机构的冗余,是机器人研究领域的热点方向之一。本文针对四足机器人在室内环境下的应用需求,选用RGB-D相机为主要外部环境传感器,研究四足机器人的环境感知与步态规划算法。主要研究内容如下:首先,基于视觉SLAM算法分析了室内环境的特点,提出结合视觉特征点与环境中的平面特征的视觉前端,研究点、面特征的提取、匹配以及运动求解算法。根据视觉里程计特点,选用基于位姿图的后端优化算法,设计回环检测,完成RGB-D SLAM算法设计,通过实验验证了点、面特征结合能有效地增强SLAM算法的鲁棒性。其次,研究四足机器人的步态规划,分析其运动学模型,构建起四足机器人的正、逆运动学方程。以稳定裕度为衡量基准提出了一种四足机器人的非连续静步态,包括机器人的重心轨迹规划与摆动足端轨迹规划,通过实验验证了四足机器人静步态运动时的稳定性。再次,将视觉SLAM算法生成的点云地图与四足机器人静步态结合,提出了基于点云地图的机器人路径规划算法。将点云地图转化为高程栅格地图,区分机器人的可移动区域。从地形特征对落足质量影响的角度量化地形特征,设计地形代价函数,将点云地图转换为地形代价地图,设计地形代价地图上的机器人体心搜索算法,基于稳定性约束规划机器人移动路径,通过实验验证了机器人路径规划算法的可行性。

关键词：四足机器人 RGB-D SLAM 静步态规划路径规划

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四足机器人运动控制的研究与实现

四足机器人运动控制的研究与实现

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作者：王存强太原理工大学

学位级别：硕士

四足机器人是移动机器人研究领域中重要的研究方向,因具备负载能力强、环境适应性强和运动灵活等优点,在物资运输、救灾检测和家政服务等领域有着广泛的应用前景。因此,对四足机器人的运动控制进行研究具有重要理论意义与现实价值。本... 详细信息

四足机器人是移动机器人研究领域中重要的研究方向,因具备负载能力强、环境适应性强和运动灵活等优点,在物资运输、救灾检测和家政服务等领域有着广泛的应用前景。因此,对四足机器人的运动控制进行研究具有重要理论意义与现实价值。本课题以四足机器人作为研究对象,针对四足机器人在复杂环境下稳定性较差、越障能力有限和足端接触力较大等问题,设计了关节腿式结构四足机器人运动控制系统的软硬件结构,开展了四足机器人在运动学计算、静步态规划和阻抗控制等方面的研究,完成了四足机器人在复杂环境下的稳定柔顺运动。本课题主要研究内容如下:1、设计了以STM32+FPGA为核心处理器的四足机器人嵌入式运动控制板,实现了协调控制16路电机和多种传感器数据采集等功能。基于Altium Designer16开发平台对运动控制器的硬件电路原理图和PCB进行设计,完成了运动控制器样板制作;基于Keil u Vision5和Quartus II 13.1开发环境对运动控制器的软件结构和功能模块等进行设计,完成了FMC通信和脉冲输出等功能测试。2、建立了四足机器人的D-H坐标系,以右前腿为例,建立了单腿的正运动学方程,利用解析几何法求解了单腿的逆运动学方程;使用质心定理,求解了关节腿式结构四足机器人重心的实时位置。3、通过对四足机器人步态参数的分析,确立了四足机器人最优的迈步顺序;以四足机器人机身俯仰角为控制目标,进行了姿态调整规划设计;以五次曲线为基础,设计了四足机器人的重心运动轨迹和摆动足运动轨迹,保证四足机器人运动过程中速度和加速度的连续性。4、在Simulink中建立了阻抗控制模型,分析了阻抗参数对阻抗控制器性能的影响;建立了足端与地面接触等效模型,设计了基于位置的阻抗控制器,比较了基于阻抗控制和基于位置控制的优缺点;对足力跟踪进行了基本研究,实现了四足机器人基本的足力控制功能。5、分别在Webots四足机器人仿真模型和四足机器人物理样机上进行了基本行走和足力控制实验,其中基本行走实验包括俯卧撑运动、平坦路面行走、非平坦路面行走和姿态平衡恢复等,足力控制实验包括单腿阻抗控制和基于阻抗控制的足力跟踪。经过上述实验和分析,验证了本文所设计的四足机器人控制系统和所述方法的合理性和有效性。

关键词：四足机器人运动控制器运动学静步态规划阻抗控制

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