Motion Planning of Humanoid Robot for Obstacle Negotiation

The motion planning for obstacle negotiation by humanoid robot BHR-2 through stepping over or stepping on/off the wide and flat obstacle at known locations is presented. In the trajectory generation method, first the constraints of the foot motion parameters which include obstacle dimensions and the distance of obstacle from the humanoid robot is formulated. By varying the values of the constraint parameters, different types of foot motion for different obstacles can be produced. In this method, first the foot trajectory is generated, and then the waist trajectory is computed by using cubic spline interpolation without first calculating the zero moment point （ZMP） trajectory . The dynamic stability during the execution of stepping over and stepping on/off trajectories are ensured by incorporating the ZMP criterion. The effectiveness of the proposed method is confirmed by simulations and experiments on humanoid robot BHR-2.

仿人眼功能的三维激光扫描算法

针对目前国内外应用于移动机器人的三维激光扫描系统存在的扫描效率问题,提出了一种仿人眼功能的三维激光扫描算法.从仿生学角度出发,该算法模仿人类眼睛的扫描功能,对陌生环境进行分步扫描:根据当前的扫描信息,在线规划出下一步的扫描规律,以减少无用信息的获取;采用分步插补定位的方法来弥补分步扫描带来的时间消耗,从而提高了扫描系统的效率.为了满足扫描算法的在线处理对实时性的要求,采用了一种DSP(Digital Signal Processing)+FPGA(Field-Programmable Gate Array)的硬件平台架构:即DSP作主控制器负责三维信息的获取,FPGA作协处理器负责扫描算法的实现.实验结果表明仿人眼功能的扫描算法可以有效的提高三维扫描系统的扫描效率.

基于HMCD的仿人机器人步态规划

结合机器人本体结构设计和自由度配置,分析、调整了HMCD(Human Motion Capture Data)。采用模仿法把调整后的步态应用于步态规划。根据目前大多采用的两步规划法的不足,给出了改进后的三步规划法,并结合零力矩点(ZMP)稳定判据方法规划得到机器人稳定行走的关节运动曲线。最后对机器人前向运动、侧向运动进行了仿真,仿真结果表明基于HMCD的三步规划法可行。

基于模型预测控制的仿人机器人实时步态优化

为了提高仿人机器人在行走过程中的抗干扰能力,提出基于模型预测控制(MPC)的步态生成与优化策略.基于飞轮倒立摆模型(IPFM),建立系统状态空间模型.给定落脚点参考位置和躯干旋转参考角度,提出包含质心(CoM)轨迹生成、落脚点调整和躯干旋转角度优化的多目标惩罚函数;考虑足部支撑范围、落脚点变动范围等可行性约束,建立二次规划(QP)求解模型.利用开源求解器,实现最优质心轨迹、足部落脚点和躯干旋转角度的在线生成.通过仿真验证了该算法的可行性和有效性.结果表明,每个控制循环在2 ms内完成,满足实时控制需求;该方法能够利用躯干旋转以实现更大范围变步行参数的稳定行走;与只调整落脚点相比,机器人对各个方向外力的抵抗能力都有提高.

仿人机器人两步步态规划算法研究

为了进一步提高仿人机器人步行时的稳定性,通过对人类步行的研究,并从两足步行机的两步步态规划方法中得到启发,对仿人机器人步行也进行类似的两步规划,但由于结构上的不同,仿人机器人中采用加入上肢运动补偿的方式实现平衡。规划仿人机器人的运动姿态,然后根据零力矩点必须落在稳定区域的原则,对仿人机器人的上肢运动轨迹进行求解,通过这种加入上肢补偿的两步规划来实现仿人机器人的稳定步行。从实验结果可以看出,采用这种两足步态规划方法,在仿人机器人两足步行时,可以使机器人上肢与下肢协调运动,从而提高了步行的稳定性。

新型仿人迈步式楼梯智能清洁车的设计

针对传统清洁车单一平面的工作模式,设计了一种新型仿人迈步式楼梯智能清洁车,其整体运动方式采用仿人迈步式,通过车轮无半径转向模块使车身在狭小的楼梯之间实现无半径转弯,机身升降模块来完成前身升降和后身辅助支撑轮的升降,重心调节模块和辅助支撑轮模块以实现整体机身的稳步前进,清洁系统模块来实现楼梯面的清扫、除尘和烘干等功能。提出一种基于自适应鲁棒控制器的混沌控制方法实现永磁同步电机系统高精度的位置追踪,仿真结果表明,自适应鲁棒非线性反馈控制器对外部负载转矩扰动具有更好的鲁棒性。

基于单片机的拟人爬杆机器人设计实现

为了更好地应对斜拉桥钢索检查和维修工作,设计一种基于单片机的拟人爬杆机器人。设计了抓手、上下底座机械结构,针对步进电机及其驱动模块进行了选型,为保障爬杆手臂系统顺利升降,以STC89C52单片机作为控制核心,以步进电机作为执行机构,通过对舵机的控制实现抓手握住爬杆的稳定性,并辅以限位模块提高系统安全性。经测试,拟人爬杆机器人整体结构稳定,可附带重量为2.5 kg的设备,爬升速度可达1.2 m/min。拟人爬杆机器人攀爬动作灵活、迅速、准确,可以使检查人员免于受到高空作业危险性的影响,具有较强的实用性。