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基于多传感器信息融合的双足机器人自主定位 被引量:14
1
作者 王立玲 梁亮 +2 位作者 马东 王洪瑞 刘秀玲 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第5期629-634,共6页
针对单目视觉SLAM应用于双足机器人过程中易出现跟踪失败和传统位姿传感器累积误差较大的问题,提出了一种融合三种传感器信息的机器人定位方法。首先获取机器人关节编码器数据,运用运动学求解输出位置信息,再由基于特征识别的SLAM系统... 针对单目视觉SLAM应用于双足机器人过程中易出现跟踪失败和传统位姿传感器累积误差较大的问题,提出了一种融合三种传感器信息的机器人定位方法。首先获取机器人关节编码器数据,运用运动学求解输出位置信息,再由基于特征识别的SLAM系统估计机器人头部单目相机位姿,经过尺度恢复和坐标系校正后输出位置信息,同时获取惯性测量单元的偏航测量,最后通过扩展卡尔曼滤波算法融合三种信息,从而更加精确稳定地对机器人进行定位。以双足机器人NAO为研究平台,在室内进行多组实验对所提出的方法进行验证,结果表明融合所得结果与传统位姿传感器输出信息相比,均方根误差明显降低;相比单目视觉SLAM跟踪失效率至少降低88%。 展开更多
关键词 双足机器人 单目视觉 扩展卡尔曼滤波 多信息融合
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双足机器人四连杆仿生膝关节的研究 被引量:8
2
作者 王斌锐 许宏 +1 位作者 金英连 徐心和 《机械设计》 CSCD 北大核心 2006年第7期13-15,共3页
机器人关节通常采用二连杆单轴关节,仿生特性不强。结合生物医学人体关节研究成果,研究了一种四连杆封闭链仿生关节;给出了一种由四连杆机构组成、智能MR阻尼器控制的多轴仿生膝关节机构;并与人腿膝关节对比分析了四连杆膝关节的仿生特... 机器人关节通常采用二连杆单轴关节,仿生特性不强。结合生物医学人体关节研究成果,研究了一种四连杆封闭链仿生关节;给出了一种由四连杆机构组成、智能MR阻尼器控制的多轴仿生膝关节机构;并与人腿膝关节对比分析了四连杆膝关节的仿生特点;通过多变量优化设计方法求解膝关节机构和阻尼器安装位置参数;并建立了仿生膝关节的虚拟样机,进行仿真,结果表明四连杆关节有好的仿生特性。 展开更多
关键词 四连杆仿生膝关节 双足机器人 刚体引导 多变量优化 智能阻尼器
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半被动双足机器人动态行走的位姿估算 被引量:6
3
作者 黄岩 谢广明 +2 位作者 杨晓华 王启宁 王龙 《北京大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第4期565-571,共7页
针对现有半被动双足机器人缺乏对环境的感知且行走稳定性差等问题,研发了一款位姿估算器。在传统的惯性测量单元的基础上进行了改进,用精确的俯仰和翻滚测量结果修正了重力加速度对加速度计产生的误差,从而提高估算器的性能。利用机器... 针对现有半被动双足机器人缺乏对环境的感知且行走稳定性差等问题,研发了一款位姿估算器。在传统的惯性测量单元的基础上进行了改进,用精确的俯仰和翻滚测量结果修正了重力加速度对加速度计产生的误差,从而提高估算器的性能。利用机器人多次实际实验行走所获得的离线数据得出行走参数,并且和地面实际测量系统的测量结果进行了比较。实验证明所研发的位姿估算器具有令人满意的测量精度,可准确的测量机器人行走时的关键性能参数。测量结果作为反馈可有效提高半被动机器人的运动稳定性。 展开更多
关键词 半被动动态行走 双足机器人 位姿估算 地面实际测量系统
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液压驱动双足机器人步态规划及动力学仿真 被引量:7
4
作者 唐火红 丁婧 严启凡 《机械设计与制造》 北大核心 2020年第4期248-252,257,共6页
为实现双足机器人步行运动,提出了一种双足机器人平地行走步态规划算法并对其进行动力学仿真验证。首先利用二维倒立摆模型以及五次多项式分别对机器人质心、踝关节运动轨迹进行规划,再通过建立机器人运动状态几何模型,对运动过程中机... 为实现双足机器人步行运动,提出了一种双足机器人平地行走步态规划算法并对其进行动力学仿真验证。首先利用二维倒立摆模型以及五次多项式分别对机器人质心、踝关节运动轨迹进行规划,再通过建立机器人运动状态几何模型,对运动过程中机器人腿部关节运动轨迹进行规划,得到关节角运动轨迹,借助MATLAB仿真获取机器人下肢各个关节运动曲线。然后利用动力学仿真软件Adams对虚拟样机进行仿真,实现了机器人虚拟环境下的平地稳态行走,仿真验证了步态规划算法的可行性。 展开更多
关键词 双足机器人 线性倒立摆 五次样条插值 步态规划 MATLAB ADAMS
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基于滑模阻抗的双足机器人单腿柔顺性控制研究 被引量:6
5
作者 周秦源 邵晨阳 +1 位作者 邵念锋 赵岩 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2021年第4期26-28,32,共4页
为了实现双足机器人在不平整地面的稳定行走,提高双足机器人的柔顺性,在阻抗模型的基础上,将滑模控制和阻抗控制相结合应用到双足机器人的控制中,建立了双足机器人系统的数学模型;基于阻抗控制模型设计滑模阻抗控制器,建立了被控对象模... 为了实现双足机器人在不平整地面的稳定行走,提高双足机器人的柔顺性,在阻抗模型的基础上,将滑模控制和阻抗控制相结合应用到双足机器人的控制中,建立了双足机器人系统的数学模型;基于阻抗控制模型设计滑模阻抗控制器,建立了被控对象模型、阻抗模型以及控制算法;应用SIMULINK分别对阻抗控制和滑模阻抗控制进行仿真,分析了两种控制方法的轨迹跟踪图,仿真结果表明:采用所设计的滑模阻抗控制器具有较高的跟踪精度和良好的鲁棒性。 展开更多
关键词 双足机器人 柔顺性 阻抗控制 滑模控制
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变长度弹性伸缩腿双足机器人半被动起步行走仿人控制 被引量:5
6
作者 张瑞 张奇志 周亚丽 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2022年第1期252-257,共6页
传统双足机器人行走使用轨迹跟踪控制,而人类行走大部分时间处于被动状态。针对半被动变长度弹性伸缩腿双足机器人从静止状态开始起步行走的问题,提出了一种起步行走仿人控制方法。首先,使用串联弹性驱动双足弹簧负载倒立摆(B-SLIP)模型... 传统双足机器人行走使用轨迹跟踪控制,而人类行走大部分时间处于被动状态。针对半被动变长度弹性伸缩腿双足机器人从静止状态开始起步行走的问题,提出了一种起步行走仿人控制方法。首先,使用串联弹性驱动双足弹簧负载倒立摆(B-SLIP)模型;然后,利用拉格朗日方法建立行走动力学方程,并利用模型的自稳定性在双支撑阶段采用能量误差比例积分(PI)反馈控制与惰性控制方法控制后腿伸缩,在单支撑阶段采用摆动腿回摆方法控制机器人的高度和前向速度。仿真结果表明,所提出的控制策略可使双足机器人在水平面上实现起步行走过程,并且对应的控制系统对于外部周期扰动力具有抗干扰能力。 展开更多
关键词 半被动 双足机器人 起步行走 仿人控制 弹簧负载倒立摆模型
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上斜坡双足机器人行走的稳定性分析
7
作者 仝丽妍 蒋贵荣 +1 位作者 江波 龙腾飞 《广西师范大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第2期131-139,共9页
为了研究上斜坡双足机器人行走周期步态稳定性,采用拉格朗日方法建立双足机器人行走脉冲混杂系统,构造庞加莱映射,再通过对映射不动点的分析得到机器人行走周期步态的存在性及稳定性条件。研究结果表明:在斜坡角为0.1 rad的条件下,当线... 为了研究上斜坡双足机器人行走周期步态稳定性,采用拉格朗日方法建立双足机器人行走脉冲混杂系统,构造庞加莱映射,再通过对映射不动点的分析得到机器人行走周期步态的存在性及稳定性条件。研究结果表明:在斜坡角为0.1 rad的条件下,当线性脉冲推力各项系数选取合适参数时,双足机器人上斜坡行走系统存在稳定的周期-1步态;当脉冲推力的常数项系数取值不同时,其对应产生不同类型的周期-1步态;当行走系统状态参数改变时,其产生不同运动状态的周期-1步态。 展开更多
关键词 双足机器人 脉冲推力 脉冲混杂系统 庞加莱映射 周期步态
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基于D-DQN强化学习算法的双足机器人智能控制研究
8
作者 李丽霞 陈艳 《计算机测量与控制》 2024年第3期181-187,共7页
针对现有双足机器人智能控制算法存在的轨迹偏差大、效率低等问题,提出了一种基于D-DQN强化学习的控制算法;先分析双足机器人运动中的坐标变换关系和关节连杆补偿过程,然后基于Q值网络实现对复杂运动非线性过程降维处理,采用了Q值网络... 针对现有双足机器人智能控制算法存在的轨迹偏差大、效率低等问题,提出了一种基于D-DQN强化学习的控制算法;先分析双足机器人运动中的坐标变换关系和关节连杆补偿过程,然后基于Q值网络实现对复杂运动非线性过程降维处理,采用了Q值网络权值和辅助权值的双网络权值设计方式,进一步强化DQN网络性能,并以Tanh函数作为神经网络的激活函数,提升DQN网络的数值训练能力;在数据训练和交互中经验回放池发挥出关键的辅助作用,通过将奖励值输入到目标函数中,进一步提升对双足机器人的控制精度,最后通过虚拟约束控制的方式提高双足机器人运动中的稳定性;实验结果显示:在D-DQN强化学习的控制算法,机器人完成第一阶段测试的时间仅为115 s,综合轨迹偏差0.02 m,而且步态切换极限环测试的稳定性良好。 展开更多
关键词 D-DQN 强化学习 双足机器人 智能控制 经验回放池 虚拟约束控制
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基于深度强化学习分层控制的双足机器人多模式步态系统研究
9
作者 徐毓松 上官倩芡 安康 《上海师范大学学报(自然科学版中英文)》 2024年第2期260-267,共8页
提出一种基于深度强化学习(DRL)分层控制的双足机器人多模式步态生成系统.首先采用优势型演员-评论家框架作为高级控制策略,引入近端策略优化(PPO)算法、课程学习(CL)思想对策略进行优化,设计比例-微分(PD)控制器为低级控制器;然后定义... 提出一种基于深度强化学习(DRL)分层控制的双足机器人多模式步态生成系统.首先采用优势型演员-评论家框架作为高级控制策略,引入近端策略优化(PPO)算法、课程学习(CL)思想对策略进行优化,设计比例-微分(PD)控制器为低级控制器;然后定义机器人观测和动作空间进行策略参数化,并根据对称双足行走步态周期性的特点,设计步态周期奖励函数和步进函数;最后通过生成足迹序列,设计多模式任务场景,并在Mujoco仿真平台下验证方法的可行性.结果表明,本方法能够有效提高双足机器人在复杂环境下行走的稳定性以及泛化性. 展开更多
关键词 双足机器人 步态规划 近端策略优化(PPO) 多模式任务 课程学习(CL)
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双足机器人虚拟斜坡行走的抗扰能力研究 被引量:5
10
作者 赵明国 董浩 张乃尧 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2010年第6期773-780,786,共9页
在无外部传感器的开环条件下,应用虚拟斜坡行走方法在平面双足机器人Stepper-2D上实现了10%腿长的跨越台阶抗扰行走.为了研究虚拟斜坡行走的抗扰能力,引入了地面台阶扰动,利用跨越台阶前后截面状态之间的关系证明了台阶扰动最终可以转... 在无外部传感器的开环条件下,应用虚拟斜坡行走方法在平面双足机器人Stepper-2D上实现了10%腿长的跨越台阶抗扰行走.为了研究虚拟斜坡行走的抗扰能力,引入了地面台阶扰动,利用跨越台阶前后截面状态之间的关系证明了台阶扰动最终可以转化为系统的初始状态扰动,虚拟斜坡行走良好的抗扰性能来源于自身不动点的稳定性.通过分析过渡过程中系统截面状态之间的关系,得到了系统能够跨越台阶的充要条件,并研究了腿长缩短系数β、瞬间伸长角θⅡ^*以及两腿夹角φ0和所能跨越的最大相对障碍高度之间的关系,对所取得的10%腿长的跨越台阶抗扰行走实验结果给出了理论解释. 展开更多
关键词 双足机器人 虚拟斜坡行走 抗扰能力
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双足机器人的设计与实现 被引量:5
11
作者 宫赤坤 菅坤杰 +1 位作者 温新 张智斌 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2014年第12期41-45,58,共6页
参照人的运动形式设计双足机器人的结构,运用D-H坐标方法对其机构进行分析,并为其设计了具有周期循环性的运动模式。在MATLAB软件中对双足机器人进行动力学计算,将双足机器人的三维实体模型导入到运动分析软件ADAMS中,添加约束驱动等,... 参照人的运动形式设计双足机器人的结构,运用D-H坐标方法对其机构进行分析,并为其设计了具有周期循环性的运动模式。在MATLAB软件中对双足机器人进行动力学计算,将双足机器人的三维实体模型导入到运动分析软件ADAMS中,添加约束驱动等,并输入规划好的轨迹进行仿真,再将通过仿真得出的各关节扭矩与动力学分析结果进行比较,以验证动力学计算的正确性,在此基础上实现了双足机器人物理样机的制作。 展开更多
关键词 双足机器人 D-H坐标 动力学 ADAMS软件
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双足机器人蹲式行走步态的设计与研究
12
作者 贺才龙 赵毅红 《现代制造技术与装备》 2023年第8期200-203,共4页
双足机器人具有结构复杂、系统耦合度高的特征,步态行走易受外部环境干扰。为有效提高双足机器人的行走稳定性,设计了一种蹲式行走步态。根据结构特点进行自由度配置,并完成运动学模型的建立。文章阐述了双足机器人蹲式行走步态的过程,... 双足机器人具有结构复杂、系统耦合度高的特征,步态行走易受外部环境干扰。为有效提高双足机器人的行走稳定性,设计了一种蹲式行走步态。根据结构特点进行自由度配置,并完成运动学模型的建立。文章阐述了双足机器人蹲式行走步态的过程,对其质心及关键关节进行轨迹规划,并搭建了双足机器人实验平台。实验结果表明:在蹲式步行过程中,运动轨迹偏差小于0.5 cm,有利于保证行走时的稳定性。 展开更多
关键词 双足机器人 蹲式行走步态 轨迹规划 运动学模型
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仿人双足机器人下楼梯轨迹规划及实现 被引量:3
13
作者 宫赤坤 温新 张智斌 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2012年第5期23-26,共4页
通过对人的行走方式进行观察模拟设计了仿人双足机器人,运用DH方法分析其机构,为其设计了具有周期循环性的下楼梯步态,并把三维实体模型导入到运动分析软件ADAMS中,添加约束驱动等,进行验证。将仿真结果应用到现实物理样机上,使物理样... 通过对人的行走方式进行观察模拟设计了仿人双足机器人,运用DH方法分析其机构,为其设计了具有周期循环性的下楼梯步态,并把三维实体模型导入到运动分析软件ADAMS中,添加约束驱动等,进行验证。将仿真结果应用到现实物理样机上,使物理样机能够实现人的下楼梯动作。 展开更多
关键词 双足机器人 步态规划 ADAMS 下楼梯
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基于矢状面质心角动量的人类行走步态周期阶段划分方法 被引量:3
14
作者 吴晓光 王挺进 +3 位作者 韦磊 李艳会 杨磊 刘绍维 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2020年第1期91-98,共8页
认知人类的步行机理是双足机器人开发的重要基础.在人类行走过程中,外力力矩是影响行走稳定性的决定性因素,步态与外力力矩的相互作用是人类步行机理研究中的关键问题.尽管质心角动量可反映人体受到的外力力矩变化,但会随步态的演化呈... 认知人类的步行机理是双足机器人开发的重要基础.在人类行走过程中,外力力矩是影响行走稳定性的决定性因素,步态与外力力矩的相互作用是人类步行机理研究中的关键问题.尽管质心角动量可反映人体受到的外力力矩变化,但会随步态的演化呈现不同的变化规律.以人类自然行走步态为研究目标,通过准确获取人体行走过程中实时运动信息与质心角动量的变化,根据人体行走过程中的外力力矩与质心角动量的角度对人体步态进行力学分析,并结合人体行走过程中的足地关系与矢状面质心角动量变化规律,得出角动量特征点与步态特征点在时间上具有高度一致性的结论,最终实现基于矢状面质心角动量的人类步态周期阶段的精准划分.研究结果对于认知人类步行机理,指导行走康复医疗和双足机器人研发具有重要意义. 展开更多
关键词 双足机器人 步态周期 外力力矩 角动量 运动捕获 步态划分
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不确定性扰动下双足机器人动态步行的自适应鲁棒控制 被引量:3
15
作者 袁海辉 葛一敏 甘春标 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期2049-2057,2075,共10页
针对不确定性扰动下双足机器人动态步行的鲁棒控制问题,建立不确定性扰动下双足机器人的动力学模型.将特定庞卡莱映射方法拓展到不确定性扰动下双足机器人的稳定性分析,将机器人随机系统的稳定性分析转化为确定性周期系统的稳定性分析.... 针对不确定性扰动下双足机器人动态步行的鲁棒控制问题,建立不确定性扰动下双足机器人的动力学模型.将特定庞卡莱映射方法拓展到不确定性扰动下双足机器人的稳定性分析,将机器人随机系统的稳定性分析转化为确定性周期系统的稳定性分析.基于滑模控制方法,提出自适应滑模控制器.与以往滑模控制器相比,该控制器无需外部扰动的准确幅值信息.考虑到双足机器人在实际应用中常会遭遇非平整路面,进一步将该自适应滑模控制器拓展到非平整路面的鲁棒控制:提出碰撞速度不变性条件,基于落地速度控制进行在线轨迹规划,基于自适应滑模控制器对机器人进行反馈控制.基于三维(3-D)五杆双足机器人进行仿真实验,结果表明,所设计的控制器能有效实现机器人在不确定性扰动下的鲁棒控制. 展开更多
关键词 双足机器人 动态步行 不确定性扰动 稳定性分析 鲁棒控制
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借助外力助推的双足机器人越障及避障方法研究 被引量:2
16
作者 刘彪 黄之峰 章云 《广东工业大学学报》 CAS 2019年第2期62-69,共8页
由于仿人机器人在跨越大尺度障碍时需要重心大幅度地偏移,从而导致机器人容易摔倒或是跨越的距离有限,而通过引入外力的方法能有效地改善机器人的跨越性能.本文主要研究双足机器人在额外外力的辅助下,无碰撞地跨越大尺度障碍物的问题.首... 由于仿人机器人在跨越大尺度障碍时需要重心大幅度地偏移,从而导致机器人容易摔倒或是跨越的距离有限,而通过引入外力的方法能有效地改善机器人的跨越性能.本文主要研究双足机器人在额外外力的辅助下,无碰撞地跨越大尺度障碍物的问题.首先,通过树形数据结构、相对轴矢量和相对位置矢量,建立了双足机器人的仿真模型.然后,通过规划多次曲线跨越轨迹、引入整个跨越过程中的局部避障非线性约束和其他跨越约束的方法,建立起双足机器人越障及避障的多变量非线性优化模型.最终,求解出了平面6自由度的冗余机器人越障及避障的2维步态,通过仿真验证了其能够跨过高度为其腿长43%的障碍物.原理样机跨越15 cm高,为其腿长32%的障碍物,证明了本文所提越障及避障方法的有效性. 展开更多
关键词 双足机器人 越障 避障 冗余机器人 额外外力
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仿人双足机器人的设计与实现 被引量:2
17
作者 宫赤坤 张智斌 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2012年第10期23-27,共5页
通过对人的行走方式进行观察模拟设计了仿人双足机器人,运用D-H方法分析其机构组成,为其设计了具有周期循环性的步态,并把三维实体模型导入到运动分析软件ADAMS中,添加约束驱动等,最后进行验证。将仿真结果应用到现实物理样机上,使物理... 通过对人的行走方式进行观察模拟设计了仿人双足机器人,运用D-H方法分析其机构组成,为其设计了具有周期循环性的步态,并把三维实体模型导入到运动分析软件ADAMS中,添加约束驱动等,最后进行验证。将仿真结果应用到现实物理样机上,使物理样机能够实现人的行走动作。 展开更多
关键词 双足机器人 约束 ADAMS软件 步态规划 零力矩点
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膝踝协调驱动的平面双足机器人短跑运动规划 被引量:2
18
作者 李超 熊蓉 +2 位作者 朱秋国 吴俊 黄懿明 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2015年第4期459-466,共8页
本文采用虚拟力控制方法规划双足机器人动态稳定的短跑运动,以解决仅脚尖着地时无有效支撑域的问题.然而,脚尖着地的方式却给支撑腿引入了1个冗余关节,导致在虚拟力控制时支撑腿内部运动的不确定.为解决该问题,在分析身体虚拟力和支撑... 本文采用虚拟力控制方法规划双足机器人动态稳定的短跑运动,以解决仅脚尖着地时无有效支撑域的问题.然而,脚尖着地的方式却给支撑腿引入了1个冗余关节,导致在虚拟力控制时支撑腿内部运动的不确定.为解决该问题,在分析身体虚拟力和支撑腿各关节做功的基础上,以最大化虚拟力总驱动功率为目标,提出膝关节和踝关节协调驱动的条件和实现方法.该方法通过均衡膝和踝的驱动负担,既解决了支撑腿内部运动的不确定问题,又充分发挥了踝关节的驱动能力.在腿部其他关节驱动能力不变的情况下,通过短跑运动方式可以有效提高双足机器人的运动速度.最后,通过仿真实验验证了本方法的有效性. 展开更多
关键词 双足机器人 短跑 跑步 冗余驱动 协调驱动
原文传递
变刚度半被动双足机器人行走的仿人控制 被引量:2
19
作者 张瑞 张奇志 周亚丽 《力学与实践》 北大核心 2020年第5期551-557,共7页
研究了变刚度半被动双足机器人行走控制问题。采用仿人的行走控制策略,使用变刚度双足弹簧负载倒立摆模型,利用模型自稳定性,在双支撑阶段调整后腿刚度使机器人的能量保持在期望能量附近,在单支撑阶段调整摆动腿落地位置控制质点的高度... 研究了变刚度半被动双足机器人行走控制问题。采用仿人的行走控制策略,使用变刚度双足弹簧负载倒立摆模型,利用模型自稳定性,在双支撑阶段调整后腿刚度使机器人的能量保持在期望能量附近,在单支撑阶段调整摆动腿落地位置控制质点的高度和前向速度。仿真结果表明:本文采用的控制策略可以实现双足机器人在水平面上的稳定行走,无扰动时可以使机器人实现零输入的被动周期行走,有外部扰动时腿部变刚度控制可使机器人总能量恢复平衡并重新进入稳态行走,控制系统具有鲁棒性。 展开更多
关键词 双足机器人 仿人控制 弹簧负载倒立摆模型 变刚度 半被动行走
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仿人双足机器人上楼梯仿真研究 被引量:1
20
作者 宫赤坤 黄成林 +1 位作者 张智斌 蓝黎恩 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2013年第8期108-112,共5页
以仿人双足机器人为研究对象,运用DH方法分析其机构,通过运动学分析,求解出各个转动关节的转动角度,为该机器人设计了具有周期循环性的上楼梯步态,并把三维实体模型导入到运动分析软件ADAMS中,添加约束驱动等,进行运动学仿真,将仿真结... 以仿人双足机器人为研究对象,运用DH方法分析其机构,通过运动学分析,求解出各个转动关节的转动角度,为该机器人设计了具有周期循环性的上楼梯步态,并把三维实体模型导入到运动分析软件ADAMS中,添加约束驱动等,进行运动学仿真,将仿真结果应用到现实物理样机上,使物理样机实现了人的上楼梯动作。 展开更多
关键词 双足机器人 DH坐标系 上楼梯 ADAMS软件
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