被动型舞伴机器人结构设计

开发了一款轮式被动型舞伴机器人,机器人通过与人在直接身体接触条件下共同舞蹈,达到训练人类跳舞的目的.鉴于机器人与人直接接触时存在安全风险,提出了一种新颖的机器人被动结构,该结构采用制动器取代主动型机器人使用的电机等驱动器,因而机器人不能靠自身运动,只能根据人的作用力被动地运动,从而保障了更高的安全性.通过使用运动捕捉系统分析男性舞蹈者的舞步,确定了既不会与人类发生运动干涉又能尽量减小运动阻力的机器人车轮位置;此外,为了分析机器人的运动能力,引入了动力学可操作性,并最终确定了车轮的方向.最后,给出了机器人样机,通过作者与机器人实际跳舞实验证明了结构的合理性.

被动型舞伴机器人控制算法

为实现被动型舞伴机器人与人协调舞蹈,提出一种运动控制算法。分析了机器人所用的被动元件——伺服制动器的控制特征,建立机器人的运动学模型,并根据伺服制动器的特点划分机器人的运动状态为8种。通过静力学模型分析了各运动状态所能实现的合适的制动力矩集,该集合是全部制动力矩集的一个子集,这使得被动机器人的控制算法比常规移动机器人更加复杂。针对期望力不在该集合的情形,引入人的辅助力以合成期望力。最后基于被动性的特点提出了基于非时间参考的路径跟踪控制律。所提算法应用于2个华尔兹舞步,实验结果证明了算法的有效性。