人体步行捕捉下的双足机器人跟随步行与实验

为深入研究服务型仿人机器人实时跟随人步行的问题,提出了基于人体步行运动捕捉的双足机器人步行样本生成方法,并进行了机器人-人跟随步行实验.对PS三维运动捕捉系统在线获取的人体步行样本进行运动学匹配并考虑机器人关节极限约束条件后,得到机器人步行样本,构建机器人仿人步行的样本库;根据笛卡尔空间和关节空间内的运动参数定义机器人与人的步行相似度综合评价,提出基于相似度评价的在线样本检索方法,以"关节角距离"为评价选取拼接点,实现样本在线拼接的样本过渡方法,解决了机器人跟随人进行变速步行的问题;完成了双足机器人跟随不同人进行稳定步行的实验,跟随过程中的距离误差不超过±52 mm,跟随结束后的位置误差不超过±10 mm.

无动力双足步行机器人控制策略与算法

本文研究无动力双足步行机器人的建模、分析与控制问题.基于能量的控制增加了机器人行走极限环的稳定性、鲁棒性,扩大了极限环的收敛域;角度不变控制使机器人的稳定行走步态摆脱了地面倾斜角度的限制;把基于能量的控制与角度不变控制结合起来,可以实现在不同倾斜角度地面上行走模式的切换.基于能量的行走平均速度控制方法在平均速度与目标能量之间建立了联系,能使机器人的行走产生新的稳定步态.最后,对无动力双足步行机器人的研究前景做了展望.

有挠性驱动单元的双足机器人研制与步行实验

为减缓机器人脚底冲击,设计、研制带有挠性驱动的10自由度仿人双足机器人,该机器人髋关节俯仰关节由FDU-II型挠性驱动单元驱动;搭建FDUBR-I型仿人双足机器人控制系统硬件和软件,组建上位机与两块运动控制卡的交换式以太网络用来实现上位机与运动控制卡的实时通信,该控制系统包括FDU-II型挠性驱动单元的张力反馈和关节全闭环控制子系统;进行FDUBR-I型仿人双足机器人稳定步行实验,验证FDU-II型挠性驱动单元对机器人髋关节的驱动能力以及基于黏弹性动力学模型反馈的关节全闭环和张力反馈控制器的控制效果,机器人在0.1 km/h的步速下实现双足稳定步行.

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。

小型双足步行机器人的机构设计及其运动仿真

小型双足步行机器人具有多关节、多驱动器、多自由度的特点，本文以人体全身17个主要关节及其运动特性为研究对象，利用三维设计软件CATIA设计出小型双足步行机器人的全身机构，根据ZMP理论，以正常人行走的“X”形交叉动作为原则，规划出其各关节转角，在ADAMS下对其虚拟样机进行运动仿真，确保实现机器人的稳定步行和做舞蹈动作。

基于深度强化学习的双足机器人斜坡步态控制方法

为提高准被动双足机器人斜坡步行稳定性,本文提出了一种基于深度强化学习的准被动双足机器人步态控制方法.通过分析准被动双足机器人的混合动力学模型与稳定行走过程,建立了状态空间、动作空间、episode过程与奖励函数.在利用基于DDPG改进的Ape-X DPG算法持续学习后,准被动双足机器人能在较大斜坡范围内实现稳定行走.仿真实验表明,Ape-X DPG无论是学习能力还是收敛速度均优于基于PER的DDPG.同时,相较于能量成型控制,使用Ape-X DPG的准被动双足机器人步态收敛更迅速、步态收敛域更大,证明Ape-X DPG可有效提高准被动双足机器人的步行稳定性.

小型双足机器人设计及步态规划

针对现有仿人机器人造价高的缺点,文中设计了一款低成本的小型双足机器人研究平台。根据仿生学原理确定机器人的比例尺寸,根据机器人的功能要求确定其自由度配置,选择了合适的材料和驱动元件。对所设计的机器人进行了步态规划,并在仿真软件中对机器人静态步行进行了仿真。