Trajectory tracking control of the bionic joint of the musculoskeletal leg mechanism

Pneumatic artificial muscles(PAMs) have properties similar to biological muscles,which are widely used in robotics as actuators.It is difficult to achieve high-precision position control for robotics system driven by PAMs.A 3-DOF musculoskeletal bionic leg mechanism is presented,which is driven by PAMs for quadruped robots.PAM is used to simulate the compliance of biological muscle.The kinematics of the leg swing is derived,and the foot desired trajectory is planned as the sinusoidal functions.The swing experiments of the musculoskeletal leg mechanism are conducted to analyse the extension and flexion of joints.A proportional integral derivative(PID) algorithm is presented for controlling the flexion/extension of the joint.The trajectory tracking results of joints and the PAM gas pressure are obtained.Experimental results show that the developed leg mechanism exhibits good biological properties.

变长度柔性双足机器人行走控制及稳定性分析

针对传统双足机器人模型缺少脚质量和躯干的问题,提出考虑摆动腿动态及躯干影响的柔性双足机器人模型,并对其行走控制及稳定性进行研究。首先,建立系统的动力学模型并采用欧拉-拉格朗日法推导了系统的动力学方程;同时,在弹簧负载倒立摆(SLIP)模型的基础上添加刚性躯干、脚质量及采用变长度伸缩腿,充分考虑躯干及摆动腿动力学对机器人行走步态的影响;其次,设计基于变长度腿的反馈线性化控制器来跟踪目标轨迹,以及调节摆动腿和躯干的姿态;最后,利用Newton-Raphson迭代法和庞加莱映射分析机器人的不动点及轨道稳定性条件,并在理论分析的基础上进行仿真。仿真结果表明,所提控制器可以实现机器人的周期行走,对外界干扰具有良好的鲁棒性,且雅可比矩阵所有特征值的模均小于1,能形成稳定的极限环,证明系统是轨道稳定的。

基于自抗扰控制方法的双叶片式摆动缸转矩控制

双叶片式伺服摆动缸是液压执行元件的一种,能将液压能转化成旋转的机械能。当其作为液压腿足式机器人的关节驱动元件时,具有结构紧凑、重量轻、直接输出关节转矩等优势。由于液压系统的非线性特性以及足式机器人自身易受冲击、对系统产生干扰等因素,传统的PID控制方法难以满足关节转矩的控制需求。利用自抗扰控制(ADRC)方法实现叶片摆动缸的转矩控制,利用扩张观测器来观测和补偿系统外部负载力的不确定性,有效地抑制了外部扰动对系统的影响。建立了伺服阀控制叶片式摆动缸的数学模型并设计了线性自抗扰控制器,在恒负载、变负载等多种工况下采用ADRC进行力矩闭环控制,并与PID控制方法进行比较。仿真表明,ADRC控制器可以有效抑制外部扰动,与PID控制器相比,在受到干扰后的平均误差缩小了30%以上。

竞技武术套路中腾空摆莲B和C级跳跃落地稳定性的研究

竞技武术套路中腾空摆莲B和C级跳跃落地接马步是长拳、南拳武术项目的两个难度动作。通过对该组动作落地技术的动力学及相关稳定性因素的分析,提出合理的落地技术和训练中需解决的问题。采用录像观察与试验分析相结合的方法,针对男女运动员的腾空与落地的特点,提出相应的解决办法和训练理论。

脚背内侧踢球摆动腿的运动学与肌电信号特征研究

研究脚背内侧踢球技术的运动学特征与肌电信号特征,运用三维录像解析与肌电信号特征分析对其摆动腿的摆动同步研究发现,摆动腿后摆幅度大小主要取决于摆动腿的蹬伸程度,在摆动腿前摆时,股后肌群出现强烈放电现象,其主要作用是对关节的固定和控制作用,达到踢球力量与精度的统一。此外,摆动腿前摆时,肌肉的激活与失活具有一定的顺序性,脚触球时踝关节的固定程度对踢球精度有一定的影响。

足式机器人的稳定行走

足式机器人在行走过程中,足端与地面之间的法向冲击力将影响机器人的在垂直方向上的稳定性。被动柔顺可以减小垂直冲击力但同时可引发平台持续震荡。针对该问题,设计基于足端力反馈的主动柔顺控制器,分析其对机器人垂直稳定性的影响。机器人由于机械间隙、步态、路面等因素将出现足端打滑现象,导致机器人水平方向失稳。引入摆腿回缩技术,分析摆腿回缩对机器人水平稳定性能的影响。仿真和液压足式机器人行走试验验证提出方法的有效性,提高了机器人行走过程中的垂直和水平方向稳定性。

足球运动踢球腿摆动阶段的不同时相运动特征

运用生物力学手段对5名高水平足球运动员摆动腿进行研究发现:根据摆动腿环节摆动顺序与环节摆动速度相结合的方法可将其划分为用力蹬伸、主动后摆、大腿前摆、小腿前摆,脚触球5个阶段。其中,用力蹬伸阶段是不可忽视的重要阶段之一,主动后摆阶段摆动腿应在不影响前摆速度的前提下尽力后摆;大腿前摆阶段摆动腿应在大腿摆到一定幅度时进行积极制动,摆动幅度不宜过大;小腿前摆阶段摆动腿除了膝关节的积极制动外还应主动施力。

论背越式跳高摆动腿动作的技术原理

依据背越式跳高技术的动作方法 ,运用运动生物力学的基本理论 ,从运动学和动力学的角度 ,对背越式跳高技术中 ,摆动腿在起跳阶段的

不同踢球方式摆动腿的运动学与肌电信号特征研究

为研究脚背内侧踢球、脚背正面踢球、脚内侧踢球以及脚背外侧踢球4种基本踢球方式摆动腿的运动学和肌肉力学特征,获取人体运动内外信息,运用三维运动学分析与表面肌电信号特征分析的方法对其研究发现,4种基本踢球方式摆动腿的摆动时间、摆动幅度以及摆动速度均表现出不同特点;后摆阶段摆动腿肌群的兴奋程度表现出了较好的一致性,而前摆阶段摆动腿肌群的兴奋程度表现出了较大差异性;此外,股二头肌在前摆阶段对关节的控制程度与踢球精度间存在一定相关性。

影响男排运动员单脚起跳效果的主要因素

采用运动生物力学实验法。结果表明 ,造成男排运动员单脚起跳效果差的主要因素是 ,起跳腿膝关节伸肌离心收缩能力差和摆动腿摆动技术差 ,从而导致缓冲时间长、膝关节缓冲速度慢 ,以及摆动腿摆动速度慢。

现代短跑摆腿技术的分析及训练手段设计

通过对现代短跑技术的再认识,从运动的统一体特征、运动力学和运动生理学角度分析现代短跑的摆腿技术,论述了摆腿技术是提高跑速的主要因素之一,并设计了摆腿技术的训练手段与方法。

背越式跳高摆动腿摆动角度对起跳效果的实验研究

通过KISTLER三维测力台和PanasonicS-VHSM9000高速摄影机,测量背越式跳高起跳,摆动腿在不同角度摆动时快速力量指数和腾起初速度的变化,分析不同的摆动角度对起跳效果的影响。结果表明:摆动腿摆动角度控制在身体矢状面内20度左右,起跳效果较好。

背越式跳高起跳过程中摆动腿摆动的技术综述

运用文献资料方法对背越式跳高的起跳过程进行分析 ,阐释了起跳过程中摆动腿的摆动与身体重心运动轨迹、身体重心垂直速度及位移之间的关系 ,揭示了在起跳过程中摆动腿的摆动动作对身体重心的运动状况具有重要的影响。

足球运动中不同踢球方式摆动腿的运动学特征比较与分析

踢球是决定比赛胜负的主要技术手段之一。其中,脚背内侧踢球、正脚背踢球、脚内侧踢球及脚背外侧踢球是4种最基本的踢球方法,4种踢球方法踢球腿的摆动具有相似性,运动生物力学手段对其进行研究比较发现,脚背内踢球摆动腿的大腿前摆角最大,脚内侧踢球小腿前摆角最小,脚触球时,正脚背踢球与脚背外侧踢球的小腿角速度最快,脚内侧最慢。摆动腿的摆动存在鞭打动作,但不仅仅局限于鞭打动作。

背越式跳高助跑最后一步和起跳阶段摆动腿技术的特征及其动能变化研究

通过三维摄影对我国优秀男子背越式跳高运动员在助跑最后一步和起跳阶段摆动腿的支撑与摆动技术的运动学特征进行分析,结果表明,助跑最后一步和起跳阶段摆动腿的支撑与摆动技术对身体重心的运动状况具有重要的影响。

古典芭蕾挥摆腿技术动作的运动学剖析

运用运动生物力学的研究方法与基本理论,对古典芭蕾舞挥鞭腿转难度动作中摆动腿的基本特点进行研究,找出该动作的内在特点与规律,建立其转体动作时摆动腿运动的相关参数指标,为今后科学训练提供相关理论依据,为诊断与分析舞蹈者的技术动作奠定必要的理论基础。

我国优秀女子背越式跳高运动员起跳过程中摆动腿技术的三维运动学分析

采用爱捷运动录像测量分析系统 ,对我国优秀女子背越式跳高运动员起跳过程中摆动腿技术进行细致的分析 ,结果表明 :在整个起跳过程中摆动腿摆动角速度增大可使身体重心垂直速度增大 ,身体重心高度增加 ;身体重心水平速度损失发生在起跳腿支撑过程的缓冲阶段 ;提高摆动腿摆动速度 ,可减小起跳腿着地时所产生的冲击力 ,使缓冲时间相应缩短 。

背越式跳高起跳阶段摆动腿摆动的运动学特征及对起跳效果的影响

运用影片拍摄及解析的方法对参加第 8届全国运动会男子跳高比赛前 10名运动员在起跳过程中摆动腿摆动的运动学进行了分析。结果表明 :在起跳过程中 ,摆动腿摆动角度速度最大值为腾起垂直初速度呈非常显著性的正相关 ,与蹬伸时间呈显著性的负相关 ,同时 ,摆动腿的摆动使身体重心高度呈上升趋势。另外 ,运动员在起跳过程中普遍存在着摆动腿的摆速和摆幅偏小的问题 。

我国优秀男子跳高运动员助跑最后一步摆动腿支撑技术的运动学特征

运用高速摄影与解析的方法,对我国优秀男子跳高运动员比赛中不同高度跳次间,摆动腿在助跑最后一步支撑过程的技术特征进行对比分析。结果表明:摆动腿支撑过程质心水平速度、质心高度、蹬伸阶段质心前移水平距离、膝关节角度等方面均存在一定差异,认为:质心水平速度的降低,是运动员试跳失败的制约因素之一。

武术“腾空摆莲”360°动作技术运动学特征分析

运用三堆影像测量的方法,通过对优秀武术运动员“腾空摆莲”360°技术的运动学分析,找出影响“腾空摆莲”360°技术的主要因素,确立正确的技术概念,明确动作理论的内涵,弥补人的感知所带来的不足,达到技术诊断的目的,对进一步提高武术套路竞技的整体水平,促进武术运动训练科学化发展以及指导现代训练实践提供理论依据。