基于ZMP下肢外骨骼机器人自平衡策略

随着社会老龄化的加剧,我国脑卒中的患者不断增多,这给我们国家和社会带来了极大的负担。文章推出了一款新型助力下肢外骨骼机器人,为这些患者的康复提供可行性方案。助力型下肢外骨骼的一个关键问题是行走过程中保持步态的稳定性,防止佩戴者摔倒。文章用滑模控制的方法提出了一种下肢外骨骼的控制策略,该策略可以减少外骨骼的干扰并且保持行走的稳定性。设计了步态稳定性的评价标准,然后设计了一种基于ZMP的控制策略。实验表明,该控制策略可以有效地减少下肢外骨骼的干扰,保持佩戴者的行走稳定性。

基于ZMP的拟人机器人步态规划

拟人机器人具有广阔的应用前景 ,研制工作得到了各国的重视 ,近年来已取得巨大的进展 ,但仍存在大量的理论和技术问题有待深入研究 ,基于零力矩点 (ZMP)的轨迹规划是需解决的关键技术之一 .本文比较分析了一般的双足步行机与拟人机器人的步态规划特点和基于双足步行的两步规划方法 ,提出了一种适用于拟人机器人步态规划的新方法——逆两步规划法 ,仿真研究表明采用这种方法规划

基于六维力/力矩传感器的拟人机器人实际ZMP检测

ZMP(Zero Moment Point)作为双足步行机器人动态稳定行走的判据 ,已应用于世界上很多著名的步行机器人系统 .目前国外步行机器人大多采用力 /力矩传感器进行 ZMP的实际检测计算 ,但采用六维力 /力矩传感器的却不多 ,而且其安装位置也各不相同 .国内机器人还都处于离线步态规划阶段 ,只进行了理论 ZMP的计算 ,并没有进行实时检测 .本文根据清华大学 985重点项目“拟人机器人技术及其系统研究”的研究要求 ,确定了基于六维力 /力矩传感系统的实际 ZMP检测方案 ,确定了传感器安装的最佳位置 ,推导了单脚支撑期 ,双脚支撑期的实际 ZMP计算公式 ,提出了基于 ZMP理论的姿态调整方法 ,以期在实际应用中进行在线步态规划 .

基于虚拟零力矩点FZMP的拟人机器人行走稳定性仿真

给出了一个考虑外界干扰的拟人机器人整体模型的稳定性分析。通过引入虚拟零力矩点(FZMP)概念,提出了受到干扰的情况下维持拟人机器人的行走稳定性仿真方法。给出了支撑多边形的计算机表达方法和失稳时旋转边界自动确定方法。为了在不同的情况下保持平衡,提出了包括步幅、手的支撑和身体重心调整三种新的控制措施。仿真实例表明所提出方法的正确可行性。

基于ZMP的仿人机器人跑步运动模式

采用小车-曲面桌子模型,提出了一种基于零力矩点(zero moment point,ZMP)的仿人机器人跑步运动模式.在单腿支撑阶段和飞行阶段,分别规划了仿人机器人的质心运动轨迹和双脚运动轨迹.在单腿支撑阶段,求解根据小车-曲面桌子模型建立的动力学方程,依据小车的运动轨迹规划出仿人机器人的质心轨迹;在飞行阶段,仿人机器人质心可看作抛物线运动,质心轨迹可通过水平方向上的匀速运动和竖直方向上的自由落体运动轨迹表示.分析了双脚与地面接触时的力及力矩约束.通过改变ZMP调整身体的倾斜角度,保持身体动态平衡.同时根据动力学方程分别求解出踝关节及其他关节的关节力矩.仿真实验结果表明:仿人机器人跑步时各关节角度和关节驱动力矩变化稳定,能够实现稳定的跑步,验证了方法的有效性.

基于ZMP的移动机械手运动稳定性分析方法研究与仿真

介绍了基于ZMP稳定区域的移动机械手的稳定性分析及补偿方法的原理,理论ZMP与实际ZMP的计算方法,对该方法的建模过程以及仿真实验进行了详细的论述,对影响移动机械手稳定性的各种因素进行了分析.

一种基于反作用力的仿人机器人ZMP建模与测量

“零力矩点”是判定仿人机器人动态稳定运动的重要指标。本文根据零力矩点的概念,利用机器人车体的几何及动力学关系,建立基于反作用力的正交轮式移动仿人机器人的零力矩点模型;提出了基于电流传感器、电机编码器等传感器的零力矩点的实时测量方法,并给出了该方法的结构框图。由于轮式移动仿人机器人与地面呈点式接触,难于安装力传感器,所以这种方法尤其适用于轮式移动仿人机器人。

基于解耦合成及ZMP方程的仿人机器人三维步态规划

介绍了一种仿人机器人的新型步态规划方法。将仿人机器人前向步态简化为七连杆模型,侧向步态简化为五连杆模型;然后在Z坐标相等的情况下合成三维步态;最后通过ZMP方程来检验和仿真,并结合实际系统及其运行状况进行分析,验证了所提出规划方法的有效性。

基于ZMP点的两足机器人步态优化

采用身高、速度和步长等六个参数描述两足机器人动态步行 ,并进行了定量分析 ;然后利用面向对象思想完成牛顿 -欧拉算法的计算机实现 ,进而求出机器人动态行走时的 ZMP点 ;最后 ,以 ZMP点为目标函数用遗传算法对步态进行了优化 ,其结果证明算法的有效性。

基于ZMP的类双足步行机构行走稳定性控制

针对早期研究的步行机构不能独立稳定行走的缺点,通过增加平衡装置以及一定的控制策略以实现双足步行机构的稳定行走。在介绍类双足步行机构基本构型及其行走原理的基础上,详细分析了单足支撑和双足支撑时步行机构的ZMP动态位置,并通过平衡重块的规律移动控制ZMP位置使得步行机构在整个行走过程中处于稳定状态;给出了平衡重块在平衡托盘上的相对运动路径和相对运动规律。最后通过仿真实例验证了行走稳定控制分析的有效性和正确性。

基于模型预测控制的双足高效行走系统

提出基于模型预测的双足高效行走系统.首先,利用最优能效算法对双足行进中的最优步态进行分析,包括行进步长和步速,并以此生成参考轨迹;然后,通过模型预测控制的思路对机器人的最优能效步态进行跟踪控制;最后,结合机器人逆运动学构建高效稳定的双足行走系统.通过仿真实验验证了该系统可以有效跟踪、生成高效的行走步态,探寻了双足机器人动态行走的新思路.

类人猿型机器人“GOROBOT”的可变ZMP双足动步行仿真

为了有效地验证类人猿型机器人"GOROBOT"的双足动步行能力,通过合理地将可变ZMP(Zero Moment Point)的变化规律定义为余弦曲线,并基于三维倒立摆的动力学原理,推导出了单脚支撑期内机器人质心轨迹方程。在此基础上,采用样条插值函数来保证机器人质心加速度的连续性,从而提出了基于这种可变ZMP的双足动步行关节轨迹生成方法。最后,在虚拟物理环境下利用仿真软件实现了虚拟的3-D类人猿机器人"GOROBOT"双足动步行,验证了方法的正确性和实际类人猿机器人"GOROBOT"的双足动步行能力。

仿人机器人的可变ZMP步态规划

为使仿人机器人能够稳定地行走,基于三维倒立摆模型,采用了可变ZMP(Zero-Moment Point)来进行仿人机器人的步态规划.在单脚支撑期依据可变ZMP来规划COG(Center of Gravity)的轨迹,在双脚支撑期内则让ZMP保持低速匀速运动,由此来规划此时间段的COG轨迹.仿真结果验证了规划的合理性,保证了更强的稳定性,并且使得采用此规划的仿人机器人的行走和人类的行走更加相似.

轮式仿人机器人的ZMP建模及动态稳定判据

介绍了ZMP的概念,比较常见的几种ZMP建模方法,提出将高效牛顿-欧拉算法(RENA)与ZMP的概念相结合的迭代ZMP建模方法,并利用该方法完成轮式仿人机器人的ZMP建模.通过模型分析,得出该轮式仿人机器人的ZMP简化计算公式.最后得出此类轮式仿人机器人的稳定性判据及稳定度的定义.

仿人机器人养生健身动作软件模块开发

本文基于SYCU-Legendary仿人机器人软件平台,借鉴太极武术动作设计了一套以养生健身为目的的机器人仿真动作。基于Ubuntu操作系统完成了仿人机器人动作模块开发和仿真,包括动作软件模块的架构搭建以及核心代码实现并通过关节-连杆图对仿真结果进行展示。根据ZMP稳定判据对仿真动作的稳定性进行分析并优化机器人动作设计,保证机器人在运动过程中的稳定性和平衡性。能够使仿人机器人的养生健身动作和效果通过仿真得到良好展现,并对仿真中的运动数据进行分析,从而为仿人机器人实体的动作功能开发奠定良好的理论依据和提供可靠的试验基础。

双足机器人自然ZMP轨迹生成方法研究

为了实现双足机器人类人行走,提出了一种基于自然ZMP轨迹的双足机器人步行模式生成方法。在单腿支撑相,根据基于三维线性倒立摆模型,在设定从脚跟到脚趾移动的自然ZMP轨迹后,得到质心轨迹方程;在双腿支撑相采用线性摆模型生成质心轨迹方程。同时给出了在统一坐标系中的多步规划质心轨迹方程。在RoboCup 3D仿真平台实现了采用自然ZMP轨迹的双足机器人类人稳定步行,实验和竞赛结果都验证了该方法的有效性。

基于接触力信息的仿人机器人ZMP测量系统

针对现有仿人机器人零力矩点(ZMP)测量系统的力/力矩传感器不直接触地导致不能充分反映脚底各部位受力的问题,设计了一种基于地面接触力信息的具有传感器阵列的ZMP测量系统。介绍了传感器信号多级放大、采集及处理的软硬件系统,应用CAN总线接口实现了与外部上位机的通信。所设计的系统已应用于实际仿人机器人。步行实验表明:该系统能有效完成步行中ZMP的实时测量和脚底各部位受力信息的实时采集、计算与通信,简单易实现。

仿人机器人足部结构与感知系统设计及ZMP计算

针对仿人机器人行走中的平稳性要求,首先,设计了由弧形脚掌、被动趾关节、冲击吸收机构和传感器模块组成的足部结构;其次,推导了在足部结构支撑下的ZMP算法。实验表明,由足部结构及传感器布置能够实现ZMP的准确测量。

一种用于测量机器人ZMP的多点压力传感器

设计了一种多点压力传感器用于测量机器人的ZMP,利用应变电阻测量机器人足底各点压力,通过C8051F320单片机对压力信号进行模数转换并计算ZMP值,最后利用RS-485接口对外输出。经过实际应用,该压力传感器精度高、实时性好,适用于各种小型仿人机器人的ZMP测量。

基于ZMP理论的下肢外骨骼机器人稳定性分析

下肢外骨骼机器人带动人体下肢来完成行走、站立等动作,此过程的人机交互很密切。在人行走、站立等过程中,随着不稳定因素的产生,会使外骨骼机器人带动人体发生倾倒情况。针对所存在的问题,以ZMP理论为依据,对下肢外骨骼机器人的稳定性进行分析,通过仿真分析最终给出符合下肢外骨骼机器人的稳定性判据。