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简单被动行走模型仿真及不动点的吸引盆计算 被引量:5
1
作者 柳宁 李俊峰 王天舒 《力学与实践》 CSCD 北大核心 2008年第1期18-22,共5页
简单回顾了被动行走的发展,建立了无量纲形式的平面直腿圆弧足被动行走动力学模型,详细介绍了被动行走模型仿真的步骤.并且采用胞胞映射计算得到该圆弧足模型的吸引盆,发现该模型的吸引盆大于以前研究者研究的点状足模型的吸引盆.这表... 简单回顾了被动行走的发展,建立了无量纲形式的平面直腿圆弧足被动行走动力学模型,详细介绍了被动行走模型仿真的步骤.并且采用胞胞映射计算得到该圆弧足模型的吸引盆,发现该模型的吸引盆大于以前研究者研究的点状足模型的吸引盆.这表明在初始状态变量偏离不动点很大时,模型仿真仍可收敛到稳定的步态,即该模型具有较高的鲁棒性. 展开更多
关键词 被动行走 吸引盆 不动点 胞胞映射 双足步行 周期
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带仿生躯干的被动行走机器人步态特性 被引量:1
2
作者 魏巍 丁维高 谢进 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期477-484,共8页
为改善被动行走机器人的步态特性,受人体躯干同时具有刚性骨骼和柔性软组织启发,提出一种带刚柔仿生躯干的被动行走机器人模型,并研究其非线性动力学特性.将仿生躯干柔性部分等效为带质量的弹簧阻尼器,建立仿生躯干被动行走机器人的动... 为改善被动行走机器人的步态特性,受人体躯干同时具有刚性骨骼和柔性软组织启发,提出一种带刚柔仿生躯干的被动行走机器人模型,并研究其非线性动力学特性.将仿生躯干柔性部分等效为带质量的弹簧阻尼器,建立仿生躯干被动行走机器人的动力学模型.分别分析仿生躯干的等效弹性系数、等效阻尼系数、等效质量对被动行走机器人的行走步长和步行速度的影响规律,并与刚性躯干模型的结果进行对比.研究结果表明:相比于刚体躯干,仿生躯干使得被动行走具有更加丰富的步态行为;仿生躯干柔性不仅影响被动行走的行走步长及行走速度,还影响被动行走的稳定性;适当的躯干柔性可以在维持稳定周期步态的同时,提高被动行走机器人的行走步长及步行速度;与刚性躯干相比,带仿生躯干的被动行走步长能提高12%,行走速度能提高2%. 展开更多
关键词 步行机器人 被动行走 躯干 柔性 步态特性
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基于被动行走原理的无动力外骨骼结构设计 被引量:7
3
作者 李刚 陈伟 宋振东 《机械传动》 北大核心 2020年第1期99-108,共10页
基于被动行走原理,建立了被动两杆行走模型,推导了系统动力学方程并进行了数值求解。在此基础上,设计了4种能量转化模块及被动助力关节。结合人体工程学,设计了无动力外骨骼结构并进行了运动学仿真。利用理论研究成果,加工了原理样机,... 基于被动行走原理,建立了被动两杆行走模型,推导了系统动力学方程并进行了数值求解。在此基础上,设计了4种能量转化模块及被动助力关节。结合人体工程学,设计了无动力外骨骼结构并进行了运动学仿真。利用理论研究成果,加工了原理样机,进行了相关测试及实验。 展开更多
关键词 被动行走 外骨骼 动力学方程 结构设计 原理样机 实验
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Passive walker that can walk down steps:simulations and experiments 被引量:5
4
作者 Ning Liu Junfeng Li Tianshu Wang 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2008年第5期569-573,共5页
A planar passive walking model with straight legs and round feet was discussed. This model can walk down steps, both on stairs with even steps and with random steps. Simulations showed that models with small moments o... A planar passive walking model with straight legs and round feet was discussed. This model can walk down steps, both on stairs with even steps and with random steps. Simulations showed that models with small moments of inertia can navigate large height steps. Period-doubling has been observed when the space between steps grows. This period-doubling has been validated by experiments, and the results of experiments were coincident with the simulation. 展开更多
关键词 passive walking Period-doubling Simulation - Experiments Poincaré map Nonlinear dynamics
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柔性腿无缘轮黏滞-滑动过程的被动动态行走运动特性分析
5
作者 包晏名 张奇志 周亚丽 《动力学与控制学报》 2024年第7期59-69,共11页
为了分析存在摩擦力情况下柔性腿无缘轮的运动步态,分析了柔性腿无缘轮黏滞与滑动两种运动状态相互转换的条件,通过拉格朗日第一类方程建立了系统的动力学模型,在建模时解除了单支撑阶段的切向约束条件,增加了摩擦力项以实现当摩擦力不... 为了分析存在摩擦力情况下柔性腿无缘轮的运动步态,分析了柔性腿无缘轮黏滞与滑动两种运动状态相互转换的条件,通过拉格朗日第一类方程建立了系统的动力学模型,在建模时解除了单支撑阶段的切向约束条件,增加了摩擦力项以实现当摩擦力不足时的滑动状态建模.分析了不同摩擦因数下柔性腿无缘轮的运动步态情况,发现了最多可能产生4种运动行为.研究了不同步态对于系统能量的影响,并发现滑动的产生增加了系统在单支撑阶段的动能.利用Newton-Raphson迭代法和庞加莱映射发现了4种运动行为均存在不动点并且轨迹稳定,同时发现柔性腿无缘轮具有滑动的步态有着良好的鲁棒性.通过研究不同初始动能对系统滑动步态的影响,发现了系统动能或者角速度在一定的范围内存在一个极小的停滞区间,使得系统单支撑阶段在通过直立平衡面附近时会产生长时间的滑动,导致系统的不稳定. 展开更多
关键词 被动行走 柔性腿无缘轮 黏滞-滑动 库伦摩擦 极限环
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The experimental study on the contact process of passive walking 被引量:4
6
作者 Feng Qi Lai-Ye Bi +1 位作者 Tian-Shu Wang Jun-Feng Li 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2012年第4期1163-1168,共6页
The passive dynamic walking is a new concept of biped walking. Researchers have been working on this area with both theoretical analysis and experimental analysis ever since McGeer. This paper presents our compass-lik... The passive dynamic walking is a new concept of biped walking. Researchers have been working on this area with both theoretical analysis and experimental analysis ever since McGeer. This paper presents our compass-like pas- sive walking model with a new set of testing system. Two gyroscopes are used for measuring the angles of two legs, and ten FlexiForce sensors are used for measuring the con- tact forces on the feet. We got the experimental data on the passive walking process with the validated testing system. A great emphasis was put on the contact process between the feet and the slope. The contact process of the stance leg was divided into four sections, and differences between the real testing contact process and the classic analytical contact process with no bouncing and slipping were summarized 展开更多
关键词 passive walking Experiment prototype Contact. Sensors
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被动行走周期性步态不动点搜索的新算法 被引量:5
7
作者 苏学敏 赵明国 +1 位作者 张楫 董浩 《清华大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第8期1109-1112,共4页
为解决机器人被动行走研究中不动点搜索的时间和结果都依赖于初始值的问题,该文研究了形成周期性步态的充要条件,得到不动点处状态变量之间的约束关系,从而将搜索空间从二维降低为一维,并提出了一维空间中不动点搜索的新算法。该算法能... 为解决机器人被动行走研究中不动点搜索的时间和结果都依赖于初始值的问题,该文研究了形成周期性步态的充要条件,得到不动点处状态变量之间的约束关系,从而将搜索空间从二维降低为一维,并提出了一维空间中不动点搜索的新算法。该算法能在固定的搜索时间内一次性找到所有稳定和不稳定的周期性步态的不动点,而不需要进行初始值的选择。该文通过数值仿真验证了新算法的有效性。 展开更多
关键词 机器人 被动行走 周期性步态 步态方程 不动点
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平面被动粘弹性腿无缘轮的动力学建模及步态分析 被引量:1
8
作者 何昊然 张奇志 周亚丽 《北京信息科技大学学报(自然科学版)》 2023年第4期1-8,共8页
为研究被动动态行走问题,建立了一种平面被动粘弹性腿无缘轮模型,并进行了动力学建模与稳定性分析。首先,考虑系统约束,通过拉格朗日第一类方程建立了无缘轮的动力学方程。其次,通过调节模型参数进行对比实验,对所生成的被动动态步态的... 为研究被动动态行走问题,建立了一种平面被动粘弹性腿无缘轮模型,并进行了动力学建模与稳定性分析。首先,考虑系统约束,通过拉格朗日第一类方程建立了无缘轮的动力学方程。其次,通过调节模型参数进行对比实验,对所生成的被动动态步态的基本特性进行了分析。最后,在相平面上验证了无缘轮周期步态的稳定性。在理论分析的基础上,进行了仿真实验。仿真结果表明:在给定的斜坡角度和初始运动条件下,被动粘弹性腿无缘轮模型可实现稳定持续的周期行走,在相平面上形成极限环。 展开更多
关键词 无缘轮 粘弹性腿 被动行走 极限环
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欠驱动两足步行机器人研究现状 被引量:4
9
作者 绳涛 王剑 马宏绪 《控制工程》 CSCD 2008年第4期456-460,共5页
针对欠驱动两足步行机器人的研究现状与发展趋势进行了探讨。首先,总结了被动行走和踝关节欠驱动两足机器人的研究现状,介绍了欠驱动两足步行机器人的基本研究方法,包括问题描述、步态规划、运动控制和稳定性判定等,并对欠驱动两足机器... 针对欠驱动两足步行机器人的研究现状与发展趋势进行了探讨。首先,总结了被动行走和踝关节欠驱动两足机器人的研究现状,介绍了欠驱动两足步行机器人的基本研究方法,包括问题描述、步态规划、运动控制和稳定性判定等,并对欠驱动两足机器人需要进一步研究的问题和发展方向进行深入研究,最终目标是将欠驱动控制策略应用于两足步行机器人的行走过程控制,以提高其运动性能。 展开更多
关键词 被动行走 两足机器人 欠驱动系统 步态规划
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简单双足被动行走模型仿真和分析 被引量:2
10
作者 胡运富 朱延河 +1 位作者 吴晓光 赵杰 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期490-494,499,共6页
为了更准确理解双足被动机器人运动的本质特征,加强模型研究对实际样机设计的指导作用,采用数值仿真和Adams验证的方法研究简单两杆直腿圆弧足被动模型.分析了该被动模型的特点并通过拉格朗日法建立了与其对应的动力学模型;根据机器人... 为了更准确理解双足被动机器人运动的本质特征,加强模型研究对实际样机设计的指导作用,采用数值仿真和Adams验证的方法研究简单两杆直腿圆弧足被动模型.分析了该被动模型的特点并通过拉格朗日法建立了与其对应的动力学模型;根据机器人稳定行走周期步态在相平面内表现为极限环特点,通过Matlab工具给出了理想模型稳态行走仿真的详细过程,分析并得出机器人能够周期稳态行走的初值条件,运动特点和运动过程中动能、势能的分布、变化过程以及相互转化关系,同时利用Matlab的仿真结果实现Ad-ams对现实样机模型稳态行走的仿真分析,为下一步对机器人稳定性分析提供了基础,为后续研究被动机器人样机提供设计依据. 展开更多
关键词 被动行走 不动点 双足机器人 相空间 庞加莱映射
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一种俯仰下行装置的被动步态分析与动力学仿真 被引量:2
11
作者 张善平 许勇 朱文翔 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2014年第4期27-30,共4页
基于多体动力学和摩擦及碰撞效应设计了一种可俯仰下行的被动移动机器鸭装置。该装置无任何驱动器和控制器,通过与斜面间的滚动、滑动、支撑等接触状态的变换,能够周期性、稳定地走下斜面。文中进行了机器鸭装置的动力学建模,提出了被... 基于多体动力学和摩擦及碰撞效应设计了一种可俯仰下行的被动移动机器鸭装置。该装置无任何驱动器和控制器,通过与斜面间的滚动、滑动、支撑等接触状态的变换,能够周期性、稳定地走下斜面。文中进行了机器鸭装置的动力学建模,提出了被动下行的周期性步态序列,应用虚拟样机技术对其进行了动力学仿真,并制作了原理样机。动力学仿真和样机试验表明,机器鸭能够实现稳定周期性的被动行走,验证了机器鸭力学构型设计和步态规划的正确性。 展开更多
关键词 多体动力学 被动步行 步态规划 动态仿真
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双足被动行走模型局部稳定性分析 被引量:2
12
作者 胡运富 赵杰 +1 位作者 朱延河 臧希喆 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期1485-1490,共6页
为了实现双足被动机器人进行稳定周期行走,给出了求解双足被动模型不动点的方法,并详细分析了被动行走模型各机械参数和斜面坡度对稳定不动点存在的影响,并分析各参数在给定初始条件下,对模型收敛到稳定周期运动状态速度的影响以及各参... 为了实现双足被动机器人进行稳定周期行走,给出了求解双足被动模型不动点的方法,并详细分析了被动行走模型各机械参数和斜面坡度对稳定不动点存在的影响,并分析各参数在给定初始条件下,对模型收敛到稳定周期运动状态速度的影响以及各参数对模型稳定不动点状态变化的影响.结果表明:较小的腿质量(m∈[0.3kg,30kg]),较高的质心位置(Kc∈[0.0304,0.6240]),合适的足半径(Kr=0.16),较大的转动惯量(KJ=0.128)以及合适的斜面坡度(β∈[0.02rad,0.1rad]有利于提高被动机器人的局部稳定性. 展开更多
关键词 被动行走 不动点 双足机器人 周期 相空间 局部稳定性
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被动行走测试系统的建立与实验研究 被引量:2
13
作者 祁峰 毕来业 王天舒 《中国科学:物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2013年第4期557-563,共7页
本文针对平面直腿的被动行走模型,建立了被动行走的测试系统.主要测试的参数为两腿的摆动角速度、角度和足底接触的法向作用力,利用陀螺仪和薄膜力传感器等实验设备可以实现这些参数的测量.同时利用建立的实验系统,可以对被动行走的动... 本文针对平面直腿的被动行走模型,建立了被动行走的测试系统.主要测试的参数为两腿的摆动角速度、角度和足底接触的法向作用力,利用陀螺仪和薄膜力传感器等实验设备可以实现这些参数的测量.同时利用建立的实验系统,可以对被动行走的动力学过程进行研究,得到了被动行走过程中足与地面的接触过程. 展开更多
关键词 被动行走 测试系统 光纤陀螺仪 薄膜力传感器 接触
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Turn Control of a Three-Dimensional Quasi-Passive Walking Robot by Utilizing a Mechanical Oscillator
14
作者 Ying Cao Soichiro Suzuki Yohei Hoshino 《Engineering(科研)》 2014年第2期93-99,共7页
A turn control strategy is proposed in order to improve environmental adaptability of a quasi-passive walking robot by utilizing a mechanical oscillator. The target trajectory of the fmechanical oscillator is determin... A turn control strategy is proposed in order to improve environmental adaptability of a quasi-passive walking robot by utilizing a mechanical oscillator. The target trajectory of the fmechanical oscillator is determined by online planning of its period, phase, amplitude and angle of the central axis of oscillation. The motion of the mechanical oscillator is always entrained with the rocking motion of the robot based on forced entrainment in order to stabilize the robot. The turn radius can be controlled by adjusting the inclination angle of the central axis of the mechanical oscillator movement, and the control method is numerically and experimentally examined. Results show that the robot can turn with different radius and it is possible for the robot to walk in various environments. Finally, the gait of turn is compared with that of straight walking and analyzed in terms of mechanical work and energy. 展开更多
关键词 passive walking TURN CONTROL Mechanical Oscillator FORCED ENTRAINMENT
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基于两点式步行吸引盆计算的稳定性分析 被引量:1
15
作者 钟林枫 罗翔 郭晨光 《东南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第1期89-94,共6页
为了研究两足步行过程中步态稳定性及步行能耗的问题,通过对人脚结构的分析提出了一种新型的步行模式——两点式步行模式,并建立了基于此模式的直腿无膝倒立摆动力学模型.运用Poincare映射法,提出了一种数值算法,计算了该直腿无膝模型... 为了研究两足步行过程中步态稳定性及步行能耗的问题,通过对人脚结构的分析提出了一种新型的步行模式——两点式步行模式,并建立了基于此模式的直腿无膝倒立摆动力学模型.运用Poincare映射法,提出了一种数值算法,计算了该直腿无膝模型的不动点及吸引盆;研究了模型特性参数λ、步长对吸引盆特性及步行能耗的影响.系数λ增大会使吸引盆面积减小,收敛到不动点的速度变快,快速收敛到不动点的初始条件比例变大.步长增大会使吸引盆面积增大,模型在步行过程中单位距离消耗的能量增加.结果表明,λ为0.55和步长为0.50的参数组合更有利于对机器人系统的控制. 展开更多
关键词 被动行走 倒立摆 POINCARE映射 数值法
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脉冲推力作用的伸缩腿机器人半被动行走控制
16
作者 田文龙 张奇志 周亚丽 《北京信息科技大学学报(自然科学版)》 2018年第2期49-53,共5页
针对双足机器人半被动行走过程造成能量损失问题,提出了足部运用脉冲推力,腿部添加伸缩装置,两者结合补充损失能量的新思路。被动行走机器人可以在摆动腿与地面冲击造成能量损失瞬间,通过支撑腿足部的脉冲推力做功,或在行走过程中通过... 针对双足机器人半被动行走过程造成能量损失问题,提出了足部运用脉冲推力,腿部添加伸缩装置,两者结合补充损失能量的新思路。被动行走机器人可以在摆动腿与地面冲击造成能量损失瞬间,通过支撑腿足部的脉冲推力做功,或在行走过程中通过支撑腿的伸缩做功,来补充损失能量。将两种能量补充方式相结合,使用杆长可变的倒立摆机器人模型,以支撑腿的伸缩做功和支撑腿离开地面前的脉冲推力做功作为机器人行走的能量补充,采用庞加莱映射方法分析了双足机器人行走的固定点的存在性及系统稳定性,并通过系统仿真验证了这一思路的正确性。仿真结果表明,采用脉冲推力做功与伸缩腿做功相结合的方法,可以实现双足机器人地面上更快速稳定的行走。 展开更多
关键词 双足机器人 被动行走 脉冲推力 伸缩腿 稳定点
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基于上体模型的被动步行机器人行走稳定性
17
作者 吴晓光 赵杰 +2 位作者 陈殿中 臧希喆 朱磊 《沈阳工业大学学报》 EI CAS 2011年第5期531-539,共9页
针对被动步行机器人行走稳定性对自身参数的高敏感性问题,通过建立具有上体的匀质圆规步态模型,分析上体质量与高度对机器人行走稳定性的影响,获得机器人结构参数的优化配置.运用Lagrange法与角动量守恒原理构建机器人被动步行的动力学... 针对被动步行机器人行走稳定性对自身参数的高敏感性问题,通过建立具有上体的匀质圆规步态模型,分析上体质量与高度对机器人行走稳定性的影响,获得机器人结构参数的优化配置.运用Lagrange法与角动量守恒原理构建机器人被动步行的动力学模型,基于对模型步态收敛域与外界扰动的准确表达,并将全局稳定性分析与局部稳定性分析相结合,对模型进行初始参数优化配置,并据此建立Proe样机模型.通过对单次与连续外界扰动下不同样机模型步态的自身调节变化进行分析,最终获得模型参数的最优化配置并进行了合理性分析.不同样机扰动试验结果说明,上体的引入可以增大机器人的步态收敛区间,合理的上体参数配置才能显著提高机器人行走的稳定性与鲁棒性. 展开更多
关键词 被动步行 上体 稳定性 扰动 步态收敛区间 双足 拉格朗日法 庞加莱映射
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半被动双足机器人的准开环控制 被引量:19
18
作者 付成龙 黄元林 +1 位作者 王健美 陈恳 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2009年第2期110-117,123,共9页
目前的被动行走机器人还只能完成单一的步态,且非常容易摔倒,为此对半被动双足机器人的稳定行走控制问题进行了研究.通过结合被动行走和主动控制两种原理的优点,提出了一种准开环的行走控制方法.通过检测安装在机器人足底和髌骨处的接... 目前的被动行走机器人还只能完成单一的步态,且非常容易摔倒,为此对半被动双足机器人的稳定行走控制问题进行了研究.通过结合被动行走和主动控制两种原理的优点,提出了一种准开环的行走控制方法.通过检测安装在机器人足底和髌骨处的接触开关信号,在髋关节处施加一个间断的、微小的开环振荡力矩,进而实现高效的稳定步行.仿真结果表明,当控制参数在较大范围内变化时,双足机器人仍可实现稳定行走,且步行能耗特性与人类相似;通过调节振荡力矩的参数,机器人可实现稳定的行走模式转换. 展开更多
关键词 双足机器人 半被动行走 准开环控制 节能 自稳定
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双足机器人半被动行走固定点全局稳定性分析 被引量:14
19
作者 张奇志 周亚丽 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2013年第3期431-436,共6页
研究半被动双足机器人行走过程固定点的全局稳定性问题。使用罗盘机器人模型,在脚与地面冲击前,采用沿着支撑腿方向的脉冲推力作为行走的动力源,采用庞加莱映射方法分析了半被动双足机器人行走的固定点及其稳定性。通过引入一个限位器... 研究半被动双足机器人行走过程固定点的全局稳定性问题。使用罗盘机器人模型,在脚与地面冲击前,采用沿着支撑腿方向的脉冲推力作为行走的动力源,采用庞加莱映射方法分析了半被动双足机器人行走的固定点及其稳定性。通过引入一个限位器使两腿间的夹角在脚与地面冲击时保持为常数。证明了半被动双足机器人行走过程固定点的存在性及其全局稳定性,并讨论了固定点存在的动力学附加条件。仿真结果表明:该文提出的采用脉冲推力作为行走的动力源、采用限位器使两腿间的夹角在脚与地面冲击时保持为常数的半被动机器人可以在水平面上稳定行走,并且固定点对干扰具有鲁棒性。 展开更多
关键词 双足机器人 半被动行走 固定点 稳定性 脉冲控制
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基于脉冲推力的半被动双足机器人无模型神经网络控制 被引量:9
20
作者 周亚丽 张奇志 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2018年第1期56-61,共6页
研究了半被动双足机器人的平面稳定行走控制问题。以最简行走模型为动力学模型,采用沿支撑腿方向的脚后跟脉冲推力作为行走动力源。考虑到系统模型的非线性特征,将基于三角函数扩展的函数链接型人工神经网络控制算法引入到机器人系统中... 研究了半被动双足机器人的平面稳定行走控制问题。以最简行走模型为动力学模型,采用沿支撑腿方向的脚后跟脉冲推力作为行走动力源。考虑到系统模型的非线性特征,将基于三角函数扩展的函数链接型人工神经网络控制算法引入到机器人系统中,以产生系统所需的脉冲推力。采用基于数据驱动的无模型同步扰动随机逼近算法对神经网络的权值进行更新,利用庞加莱映射方法分析了半被动双足机器人行走的稳定条件。在理论分析的基础上,对该算法进行了仿真研究。仿真结果表明,算法在收敛快速性上要优于迭代学习控制算法,可以实现双足机器人平面上的稳定周期行走,且雅可比矩阵的特征值均位于单位圆内,满足系统的稳定条件。 展开更多
关键词 双足机器人 半被动行走 脉冲推力 神经网络 无模型
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