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基于核化运动基元的外骨骼膝关节步态轨迹在线规划 被引量：9
1
作者 周智雍 钱伟 +2 位作者 丁加涛 肖晓晖 郭朝 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2021年第5期557-566,共10页
为了提高外骨骼机器人的适应性与人机交互安全性,提出了一种基于核化运动基元的步态轨迹规划算法,可根据使用者步态状态实时调整步态轨迹。在外骨骼膝关节上对算法进行了验证。结果表明,利用小样本量训练数据,算法能够通过在线调整形状... 为了提高外骨骼机器人的适应性与人机交互安全性,提出了一种基于核化运动基元的步态轨迹规划算法,可根据使用者步态状态实时调整步态轨迹。在外骨骼膝关节上对算法进行了验证。结果表明,利用小样本量训练数据,算法能够通过在线调整形状参数,保证预测轨迹与参考轨迹的形状相似;通过实时检测步态相信息,并在期望点处对步态轨迹进行在线调整,可生成适应使用者状态变化的运动轨迹。 展开更多
关键词 下肢外骨骼机器人 核化运动基元 步态在线规划 步态相
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基于模型预测控制的仿人机器人实时步态优化 被引量：8
2
作者 丁加涛 何杰 +1 位作者 李林芷 肖晓晖 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期1843-1851,共9页
为了提高仿人机器人在行走过程中的抗干扰能力,提出基于模型预测控制(MPC)的步态生成与优化策略.基于飞轮倒立摆模型(IPFM),建立系统状态空间模型.给定落脚点参考位置和躯干旋转参考角度,提出包含质心(CoM)轨迹生成、落脚点调整和躯干... 为了提高仿人机器人在行走过程中的抗干扰能力,提出基于模型预测控制(MPC)的步态生成与优化策略.基于飞轮倒立摆模型(IPFM),建立系统状态空间模型.给定落脚点参考位置和躯干旋转参考角度,提出包含质心(CoM)轨迹生成、落脚点调整和躯干旋转角度优化的多目标惩罚函数;考虑足部支撑范围、落脚点变动范围等可行性约束,建立二次规划(QP)求解模型.利用开源求解器,实现最优质心轨迹、足部落脚点和躯干旋转角度的在线生成.通过仿真验证了该算法的可行性和有效性.结果表明,每个控制循环在2 ms内完成,满足实时控制需求;该方法能够利用躯干旋转以实现更大范围变步行参数的稳定行走;与只调整落脚点相比,机器人对各个方向外力的抵抗能力都有提高. 展开更多
关键词 模型预测控制(MPC) 飞轮倒立摆模型(IPFM) 落脚点调整 躯干转动 双足步行 仿人机器人
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基于质心运动状态的双足机器人欠驱动步行稳定控制 被引量：7
3
作者 姚道金 王杨 +2 位作者 姚渊 丁加涛 肖晓晖 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2017年第3期324-332,共9页
针对双足机器人欠驱动步行稳定控制问题,提出一种基于机器人质心(Co M)运动状态的前馈控制策略.首先,根据步行速度与步行稳定性的关系,提出一种基于步行速度的欠驱动步行稳定性直观表述并给予数学定义:如果机器人步行速度能够始终收敛... 针对双足机器人欠驱动步行稳定控制问题,提出一种基于机器人质心(Co M)运动状态的前馈控制策略.首先,根据步行速度与步行稳定性的关系,提出一种基于步行速度的欠驱动步行稳定性直观表述并给予数学定义:如果机器人步行速度能够始终收敛于一个已被证明可维持步行的速度,则机器人步行处于稳定状态;然后,基于该直观表述的数学定义和人类变速步行时的步态特征,提出一种基于质心运动状态的前馈控制策略,控制策略以机器人质心水平速度作为系统输出,通过控制质心在单个步行周期内的位移,实现对质心水平运动速度的控制,进而实现稳定步行;最后,在混凝土和木板地面上,成功实现了平均步行速度0.178 m/s、步幅为腿长0.31倍的欠驱动步行.试验结果表明:所提出的控制策略能够通过控制质心对理想速度的跟踪,实现欠驱动稳定步行. 展开更多
关键词 欠驱动步行 前馈控制 质心运动状态 步行试验
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双足步行机器人在线步态生成与偏航控制策略 被引量：5
4
作者 丁加涛 肖晓晖 王杨 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期1136-1143,共8页
针对双足步行机器人的偏航行走需求,提出一种步态生成与偏航行走控制策略,实现步态模式的在线生成与自主偏航行走。其步骤为:首先,基于零力矩点(ZMP)稳定判据,采用线性倒立摆模型和正-逆运动学循环求解算法,建立离线步态生成器;其次,采... 针对双足步行机器人的偏航行走需求,提出一种步态生成与偏航行走控制策略,实现步态模式的在线生成与自主偏航行走。其步骤为:首先,基于零力矩点(ZMP)稳定判据,采用线性倒立摆模型和正-逆运动学循环求解算法,建立离线步态生成器;其次,采用预观控制理论,建立用于轨迹跟踪的预观控制器,实现双足步态的在线生成;然后,引入角度系数,运用矢量合成法,根据目标偏航角度,通过回放-纠正方法确定合适的固定系数;最后,采用MATLAB和Adams组成的联合仿真平台,验证方法的有效性。研究结果表明:该方法能利用离线生成的角度,有效减少质心侧向轨迹跟踪误差;通过矢量合成和回放纠正,选取合适的角度系数,实现无偏航步态的在线生成;不需要实时规划参考ZMP轨迹,在保证稳定的前提下,实现15°和30°偏航行走。 展开更多
关键词 双足步行机器人 步态生成 偏航控制 矢量合成 回放-纠正
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基于3-D步行序列的双足机器人步态规划及实验研究 被引量：2
5
作者 陈建芳 丁加涛 肖晓晖 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期831-838,共8页
为了提高双足步行机器人对真实环境的适应能力,提出1种基于3-D步行序列的步态规划方法,模仿人类行走行为并考虑地面高度的变化。首先定义考虑足部踝关节旋转运动和机器人质心(COM)竖直高度变化的3-D步行序列。其次,在单足相阶段(SSP),... 为了提高双足步行机器人对真实环境的适应能力,提出1种基于3-D步行序列的步态规划方法,模仿人类行走行为并考虑地面高度的变化。首先定义考虑足部踝关节旋转运动和机器人质心(COM)竖直高度变化的3-D步行序列。其次,在单足相阶段(SSP),基于运动最优控制(OC)理论和线性倒立摆模型(LIMP),求解零力矩点轨迹;采用5次多项式插值,生成双足相阶段(DSP)的零力矩点轨迹,并且实现质心竖直高度变化。基于足部的运动参数,使用分段连续3次Hermite插值得到足部运动轨迹。然后,通过牛顿-拉斐逊迭代法求解关节角度解。最后,基于NAO机器人样机进行平地和倾斜地面行走的动力学仿真和样机实验。研究结果表明:本文规划方法可行,且机器人行走平稳;在平面和斜坡2种地面工况的样机实验中,足底接触力的波动幅度比相应的仿真结果分别减少37.01%和59.94%,髋关节力矩波动幅度分别减少69.13%和62.75%。 展开更多
关键词 3-D步行序列 双足机器人 步态规划 斜坡
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基于三质点模型的仿人机器人节能步行 被引量：1
6
作者 何杰 张晓晖 +1 位作者 肖晓晖 丁加涛 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期3396-3406,共11页
为了实现高能效的双足步行,提出基于三质点线性倒立摆模型(3MLIPM)的步态生成与优化策略。首先,定义表征单位能耗的步态周期(UEWC),利用三质点模型,对机器人进行运动学建模与步行能耗评估,建立机器人步行过程的能耗评价模型,分析各质量... 为了实现高能效的双足步行,提出基于三质点线性倒立摆模型(3MLIPM)的步态生成与优化策略。首先,定义表征单位能耗的步态周期(UEWC),利用三质点模型,对机器人进行运动学建模与步行能耗评估,建立机器人步行过程的能耗评价模型,分析各质量块的运动性质,提出基于质心(CoM)加速度优化的二次型步行能耗评价指标;其次,对3MLIPM进行动力学建模,将CoM运动分为稳定分量与不稳定分量,CoM最优轨迹求解转化为求解运动分量误差项,通过跟踪参考的零力矩点(ZMP)轨迹,利用无约束优化算法求解对应的能耗最低的CoM轨迹;最后,实现了步态的在线生成,并且为消除腿部质量摆动导致的躯干质心附加运动,通过二分搜索的修正算法,修正3MLIPM的步行参数输入(步长和步宽),进一步降低了双足步行的能量消耗。通过仿真和试验验证了算法的可行性和有效性。研究结果表明:提出的能耗评价指标能够表征三质点步行系统的真实能耗,并且能够用于指导最优CoM轨迹生成;利用双足稳定支撑域,可以优化参考ZMP轨迹以实现低能耗步行;通过修正三质点模型的名义步行参数输入,消除等效ZMP产生的附加运动,针对不同形式ZMP参考轨迹,修正后的三质点模型相比于传统单质点模型,可以有效降低步行能耗。 展开更多
关键词 三质点线性倒立摆模型(3MLIPM) 零力矩点(ZMP) 能量效率 双足步行 仿人机器人
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