欠驱动3D双足机器人步态切换控制策略（英文）

由于应用前景广泛,双足机器人研究引起国内外学者重点关注。实际中,双足机器人常需进行步态切换以实现灵活步行。本文针对一个五杆欠驱动3D双足机器人步态切换问题,提出一种基于分层控制的切换控制策略。该策略包括切换控制器设计以及基于事件的反馈控制器设计。所设计的基于事件反馈控制器会在每一步对反馈增益进行自适应更新,而所设计的切换控制器将引导机器人从当前步态到达目标步态的邻域范围以实现平滑收敛。与以往研究相比,本文采用参数优化法设计切换控制器参数,确保机器人在步态切换过程中满足物理约束条件。最后,为验证所提控制策略的有效性,针对欠驱动3D双足机器人进行了数值仿真验证。

欠驱动双足步行机器人动力学建模与稳定性分析

对具有膝关节的欠驱动双足行走机器人的被动行走步态进行了建模与数值仿真,分析了该模型被动行走步态的动态过程及机器人质量分布的优化配置问题,通过大量的仿真,验证了所选参数的合理性.通过建立具有膝关节自由度的被动步态模型,揭示双足行走的动态特性,能对欠驱动双足步行机器人原型机的机械设计提供参考.

欠驱动双足机器人动态步态规划方法研究

以欠驱动双足机器人为对象研究其周期稳定的动态步态规划方法。首先建立欠驱动双足机器人的混杂动力学模型,然后采用时不变步态规划策略对机器人步态进行规划,并研究周期步态的收敛条件。步态参数直接决定周期步态的稳定性,采用遗传算法,以能耗最优为目标,以限制条件为约束对步态参数进行选择和优化。最后通过虚拟样机对机器人的行走过程进行动力学仿真。实验表明规划步态收敛于稳定的极限环,实现了高速动态步行,该规划方法是可行的。

欠驱动双足步行机器人通用仿真软件的开发

设计了欠驱动步行机器人开放式通用仿真、实验测试软件平台,应用MATLAB对具有膝关节的多自由度欠驱动双足行走机器人进行了运动-动力学建模与数值仿真,利用姿态还原算法重建机器人行走的运动学过程,应用计算机通信接口实现与机器人原型机的双向通信与控制连接,并应用VC++/OpenGL实现了人机交互界面和机器人行走的3D动画演示,研究成果对欠驱动双足机器人仿真、控制开发以及实验研究具有重要的应用价值。

面向离散地形的欠驱动双足机器人平衡控制方法

欠驱动双足机器人在行走中为保持自身的平衡,双脚需要不间断运动.但在仅有特定立足点的离散地形上很难实现调整后的落脚点,从而导致欠驱动双足机器人在复杂环境中的适应能力下降.提出了基于虚拟约束(Virtual constraint,VC)的变步长调节与控制方法,根据欠驱动双足机器人当前状态与参考落脚点设计了非时变尺度缩放因子,能够实时重构适应当前环境的步态轨迹;同时构建了全身动力学模型,采用反馈线性化的模型预测控制(Model predictive control,MPC)滚动优化产生力矩控制量,实现准确的轨迹跟踪控制.最终进行了欠驱动双足机器人的随机离散地形稳定行走的仿真实验,验证了所提方法的有效性与鲁棒性.

欠驱动平面双足机器人变速行走控制

针对欠驱动平面双足机器人连续变速行走的控制难题,提出了一种基于关节参考轨迹跟踪和调节的控制方案。该控制方案由一个渐近稳定的反馈控制器和一个比例积分控制器组成。在反馈控制器中,基于反馈线性化和虚拟约束的思想,对五连杆机器人模型设计了虚拟约束和渐近稳定控制器,实现了在有限时间内对关节参考轨迹的跟踪从而使机器人稳定周期行走;在比例积分控制器中,利用行走速度和关节参考轨迹的关联性设计了比例积分控制规则,根据行走速度的设定值和实际值调节关节参考轨迹的参数,实现了行走速度对设定值的跟踪。仿真实验表明,该控制方案能实现欠驱动平面双足机器人的稳定周期行走和连续变速,并且能实现存在建模误差情况下的速度控制,是一种具有较好鲁棒性的变速行走控制方案。

基于失衡度的双足机器人控制方法研究

为了解决双足机器人在强干扰下易失去平衡而摔倒的问题,提出一种基于失衡度的欠驱动双足机器人的稳定控制方法。该方法分析了多种情况下欠驱动双足机器人单脚支撑期动力学模型,用线性倒立摆模型模拟机器人的失衡度,并根据机器人受到的外部干扰的强度变化,将失衡度分为三个级别,在不同的失衡度级别内,采用相应的动力学模型及跟踪、姿态、步态切换控制方法。仿真结果表明,该方法具有较高的稳定性、实用性,可以实时控制欠驱动双足机器人步态。

欠驱动双足机器人的指数稳定周期行走

步行机器人环境适应性强、结构复杂、运动控制难.本文研究了基于控制Lyapunov函数和混杂零动态控制的五关节欠驱动双足机器人RABBIT的指数稳定周期步态的行走方法.根据拉格朗日原理建立了机器人腿的混杂动力学模型,并对系统进行了输入/输出线性化处理.结合零动态的思想,构造了控制Lyapunov函数,设计了使混杂模型实现指数稳定的状态反馈控制器,利用限制Poincare的原理,证明了其周期轨道的指数稳定性.仿真结果验证该方法的有效性.