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清华大学学报（自然科学版） 2011年第7期51卷 960-965页

作者：冯帅马州周珂孙增圻清华大学计算机科学与技术系清华信息科学与技术国家实验室智能技术与系统国家重点实验室北京100084 北京科技大学信息工程学院工程训练中心北京100083

为了提高双足机器人步行运动的稳定性,将双腿支撑阶段的机器人简化为一个虚拟的线性倒立摆模型。该模型以机器人运动的ZMP(zero moment point)为虚拟支点,以机器人质心为模型的质点;在运动中保持质点高度不变。通过预先设定ZMP的轨迹,... 详细信息

为了提高双足机器人步行运动的稳定性,将双腿支撑阶段的机器人简化为一个虚拟的线性倒立摆模型。该模型以机器人运动的ZMP(zero moment point)为虚拟支点,以机器人质心为模型的质点;在运动中保持质点高度不变。通过预先设定ZMP的轨迹,即可获得机器人质心在双腿支撑阶段的运动轨迹。将该模型与机器人单腿支撑阶段的普通线性倒立摆模型综合运用,就能保证步行时机器人质心速度变化的连续性和步行运动的稳定性。该方法在实际机器人上进行了实验验证,结果表明该方法能够很好地适用于实际机器人的步行运动。

关键词：双足机器人步行线性倒立摆模型零力矩点双腿支撑相

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基于LIPM的机器人快速行走优化

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华中科技大学学报（自然科学版） 2015年第S1期43卷 333-336页

作者：熊峰刘成菊陈启军同济大学电子与信息工程学院上海201804

针对双足机器人,在线性倒立摆模型(LIPM)的基础上,提出了无双足支撑阶段的机器人快速行走优化方法.该方法在当前单足支撑阶段中寻找合适的换足时刻,使前后单足支撑阶段的质心位置与速度相匹配,达到了消除双足支撑阶段,提高行走速度的目... 详细信息

针对双足机器人,在线性倒立摆模型(LIPM)的基础上,提出了无双足支撑阶段的机器人快速行走优化方法.该方法在当前单足支撑阶段中寻找合适的换足时刻,使前后单足支撑阶段的质心位置与速度相匹配,达到了消除双足支撑阶段,提高行走速度的目的.在NAO机器人上进行对比实验发现:采用优化后的行走方法,机器人行走速度得到了明显提升.

关键词：双足机器人线性倒立摆模型质心轨迹单足支撑阶段双足支撑阶段牛顿迭代法

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基于动态运动基元的6自由度下肢外骨骼步态轨迹规划与控制策略

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信息与控制 2024年第1期53卷 33-46页

作者：赵佳伟朱立忠陈万鑫张弼赵新刚沈阳理工大学自动化与电气工程学院辽宁沈阳110016 中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳110169 中国科学院大学北京100049

针对下肢刚性运行过程中的步态轨迹规划问题,提出了一种基于动态运动基元的步态轨迹在线规划方法和控制策略。首先,使用足底压力进行步态相位分割;其次,使用线性倒立摆模型确定落地点位置,再运用逆运动学规划确定各关节角度,使用动态运... 详细信息

针对下肢刚性运行过程中的步态轨迹规划问题,提出了一种基于动态运动基元的步态轨迹在线规划方法和控制策略。首先,使用足底压力进行步态相位分割;其次,使用线性倒立摆模型确定落地点位置,再运用逆运动学规划确定各关节角度,使用动态运动基元算法对以前的各个步态相位的运动轨迹进行在线学习;再次,将前面得到的关节角度作为目标终点进行实时步态轨迹规划;最后,根据生成的曲线按照控制策略对外骨骼控制。使用6自由度外骨骼对算法进行了验证,结果表明,使用所提算法可以有效根据步态相位的变换对步态轨迹进行实时在线学习和生成,同时可以保证一定程度的运动稳定性。

关键词：动态运动基元下肢外骨骼线性倒立摆模型步态轨迹规划

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一种提高双足机器人机动性的步行模式规划方法

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小型微型计算机系统 2012年第9期33卷 1928-1933页

作者：薛峰陈小平中国科学技术大学计算机科学与技术学院合肥230027

为提高双足机器人的机动性以适应更宽更广的应用领域,提出一种在线规划方法.该方法根据最新的控制命令生成足迹,然后利用动力学方程的解析解在线同步规划质心(CoG)轨迹和零力矩点(ZMP)轨迹,并基于离散化算法解决机器人速度改变较大时局... 详细信息

为提高双足机器人的机动性以适应更宽更广的应用领域,提出一种在线规划方法.该方法根据最新的控制命令生成足迹,然后利用动力学方程的解析解在线同步规划质心(CoG)轨迹和零力矩点(ZMP)轨迹,并基于离散化算法解决机器人速度改变较大时局部ZMP轨迹的扰动问题,使其符合稳定性判据.该方法可使机器人在行走过程中一步实现任意的足迹改变,具有很高的机动性,经过在实体机器人Nao上进行效果验证并取得预期结果.

关键词：双足机器人同步规划步行模式线性倒立摆模型

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基于LIPM的双足机器人变步长行走规划

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东南大学学报（自然科学版） 2009年第S1期39卷 121-124页

作者：冯帅孙增圻清华大学智能技术与系统国家重点实验室北京100084 清华大学计算机科学与技术系北京100084

为了提高双足机器人步行运动的灵活性,提出了一种基于线性倒立摆模型的双足步行规划算法.该算法首先根据所要达到的步长,获得支撑腿切换时质心的位置;然后,根据线性倒立摆模型的运动特性,计算出质心到达上述位置所需要的时间;最后,根据... 详细信息

为了提高双足机器人步行运动的灵活性,提出了一种基于线性倒立摆模型的双足步行规划算法.该算法首先根据所要达到的步长,获得支撑腿切换时质心的位置;然后,根据线性倒立摆模型的运动特性,计算出质心到达上述位置所需要的时间;最后,根据该时间对摆动脚用正弦曲线进行规划,使之能够在恰当的时刻到达所需的落脚点位置进行支撑脚的切换.该算法可使双足机器人在运动中变化步长,很好地提高其步行的灵活性.通过真实机器人的实验,验证了该方法的有效性和实用性.

关键词：双足机器人步行规划线性倒立摆模型

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基于ZMP的双足步行机器人步态规划研究

基于ZMP的双足步行机器人步态规划研究

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作者：秦爱中西北工业大学

学位级别：硕士

双足步行机器人与轮式、爬行式和履带式等移动机器人相比,有着更好的环境适应性,这种优越性在非结构环境里的表现尤为突出。本文提出了一个双足步行机器人平台Walker-Ⅰ,在借鉴有关资料的基础上,对其进行了本体结构的设计以及自由度的配... 详细信息

双足步行机器人与轮式、爬行式和履带式等移动机器人相比,有着更好的环境适应性,这种优越性在非结构环境里的表现尤为突出。本文提出了一个双足步行机器人平台Walker-Ⅰ,在借鉴有关资料的基础上,对其进行了本体结构的设计以及自由度的配置,并借助于三维造型软件实施了本体结构的建模。在比较各种驱动装置优缺点的基础上,选择了精度高、维修简单且易于程序控制和集中控制的舵机S5301(FUTABA)为驱动器。简要给出了进行双足步行机器人建模所必需的齐次变换理论。在杆件坐标系下,基于齐次坐标变换理论对双足步行机器人进行了正逆运动学的建模,为后续的步态规划奠定了基础。运用拉格朗日动力学方程对简化的机器人模型分别在单、双脚支撑期进行了动力学建模,得到了一个便于控制的动力学模型。基于线性倒立摆模型理论推导出前向平面内双足步行机器人能够实现稳定动态步行的ZMP条件,并讨论了侧向平面内的步行稳定性。基于ZMP稳定条件,通过三次样条插值对双足步行机器人的脚步轨迹以及髋关节轨迹进行了参数化规划,在规划中力求满足稳定裕量最大化。结合逆运动学公式,对其它关节角进行了规划。基于Matlab对规划出的结果进行了计算机仿真,并说明规划的合理性与有效性。起步与停步也是双足步行机器人实现稳定行走的一个重要方面,但已有的研究很少涉及,作者对起始步态和停止步态作了深入的讨论。应当指出,如果选择合理的参数,可以通过该步态规划方法获得有障碍物下的行走、非平整地面上的行走以及上下楼梯等特定步行方式下所需要的步态。该规划方法具有良好的适应性,为双足步行机器人的研制提供了理论依据。

关键词：双足步行机器人零力矩点步态规划线性倒立摆模型稳定裕量

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面向人体机能增强的外骨骼控制系统研究

面向人体机能增强的外骨骼控制系统研究

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作者：赵佳伟沈阳理工大学

学位级别：硕士

近年来,随着人口老龄化,下肢力量薄弱的人数量不断增加;随着机器人有关科技的发展,下肢刚性外骨骼有关技术也逐步成熟,它可以有效应用于人体机能增强领域,在助力和康复领域有了越来越多的研究与应用。下肢外骨骼需要在使用时需要保证稳... 详细信息

近年来,随着人口老龄化,下肢力量薄弱的人数量不断增加;随着机器人有关科技的发展,下肢刚性外骨骼有关技术也逐步成熟,它可以有效应用于人体机能增强领域,在助力和康复领域有了越来越多的研究与应用。下肢外骨骼需要在使用时需要保证稳定性和舒适性,本文针对用于人体机能增强领域的外骨骼,在此方面进行了一系列研究,主要内容如下:(1)在运动控制部分,针对外骨骼的硬件结构,建立动力学模型,对动力学参数进行辨识,得到动力学最小参数集;建立动力学前馈补偿,构建基于动力学前馈的阻抗控制策略。(2)在稳定性规划部分,计算了人机耦合模型的质心,以此构建了线性倒立摆模型,一方面可以对底层的力控基于稳定性补偿,另一方面,可以规划落地点确定每一步的目标值,从而达到稳定性规划的目的。(3)在步态轨迹规划部分,提出了一种基于动态运动基元的步态轨迹在线规划方法和控制策略。首先使用足底压力做相位分割进行运动意图识别,根据线性倒立摆模型确定落地点位置,再用逆运动学求解去规划各个关节的目标角度,用动态运动基元去实时规划步态,根据生成的曲线按照控制策略对外骨骼控制。同时,还能对以前的步态进行在线学习,得到最佳的学习步态。最后,使用文中所描述的六自由度下肢刚性外骨骼对算法进行了验证,结果表明,使用本文所提出的算法可以有效根据步态相位的变换对步态轨迹进行实时在线学习和生成,生成的步态曲线泛化能力较强,同时可以保证一定程度的运动稳定性。经过对肌电信号的分析,使用本文所提出的控制算法,下肢外骨骼可以有效减轻运动时肌肉提供的力量。

关键词：动力学参数辨识动态运动基元步态轨迹生成线性倒立摆模型

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异构双腿机器人步态规划与控制研究

异构双腿机器人步态规划与控制研究

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作者：张勇东北大学

学位级别：硕士

随着仿人机器人技术的快速发展,科研人员正在致力于将机器人的衍生技术应用在生物医疗领域,以服务于肢体残缺或损伤的患者。下肢功能补偿以及康复技术,作为重要的研究方向,已经被广大的学者重视,集中体现在对智能假肢的研发中。由于残... 详细信息

随着仿人机器人技术的快速发展,科研人员正在致力于将机器人的衍生技术应用在生物医疗领域,以服务于肢体残缺或损伤的患者。下肢功能补偿以及康复技术,作为重要的研究方向,已经被广大的学者重视,集中体现在对智能假肢的研发中。由于残疾人身体有缺陷,不可能作大量、多样及重复性的实验,这无疑会影响智能假肢的研发进度。异构双腿机器人(Biped Robot with Heterogeneous Legs,简称BRHL)是一种新型的机器人模式。它从改进双腿行走机器人行走拟人特性,为智能假肢提供一个研究平台等角度出发,是双腿行走机器人与智能假肢研究的集成。本文在阐明异构双腿机器人的研究意义、内容及研究现状的基础上,对异构双腿机器人的系统组成进行了介绍。在此基础上,深入研究了异构双腿机器人的步态规划和多智能体控制策略的设计。为了使得异构双腿机器人系统能够进行仿人行走,需要对机器人进行步态规划。本文根据线性倒立摆理论,分析得到了一组相对仿人的假肢测试平台步态数据。在此基础上,运用预见控制方法对假肢测试平台重心轨迹进行规划。为了满足智能假胶多种运动测试需要,本文对异构双腿的平衡能力进行了研究。通过对力矩平衡方法的深入理解,规划出了异构双腿机器人跨越障碍等动作的步态数据。运用联合仿真平台,针对异构双腿行走机器人进行了运动学、动力学仿真。虚拟样机联合仿真验证,确保了控制算法的有效性,有力地保证了机构的合理性和控制参数的恰当选择,缩短了机器人研发周期,并能在一定程度上规避研制的风险。在控制策略的问题上,本文对智能体理论进行了介绍,并且对模型的应用进行了讨论。重点介绍了智能体的概念和结构,以及近年来多智能体领域的研究现状。最后,应用多智能体控制策略对异构双腿机器人多任务运动进行了合理的诠释,并且对机器人的深入研究起到了有效的指导作用。

关键词：多智能体线性倒立摆模型步态规划智能假肢

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双足机器人自然ZMP轨迹生成方法研究

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计算机工程与应用 2014年第19期50卷 53-57页

作者：李春光刘国栋江南大学物联网工程学院江苏无锡214122 常州工学院计算机信息工程学院江苏常州213002

为了实现双足机器人类人行走,提出了一种基于自然ZMP轨迹的双足机器人步行模式生成方法。在单腿支撑相,根据基于三维线性倒立摆模型,在设定从脚跟到脚趾移动的自然ZMP轨迹后,得到质心轨迹方程;在双腿支撑相采用线性摆模型生成质心轨迹... 详细信息

为了实现双足机器人类人行走,提出了一种基于自然ZMP轨迹的双足机器人步行模式生成方法。在单腿支撑相,根据基于三维线性倒立摆模型,在设定从脚跟到脚趾移动的自然ZMP轨迹后,得到质心轨迹方程;在双腿支撑相采用线性摆模型生成质心轨迹方程。同时给出了在统一坐标系中的多步规划质心轨迹方程。在RoboCup 3D仿真平台实现了采用自然ZMP轨迹的双足机器人类人稳定步行,实验和竞赛结果都验证了该方法的有效性。

关键词：自然ZMP轨迹双足机器人步态规划线性倒立摆模型线性摆模型

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NAO机器人快速行走算法设计与实现

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福建茶叶 2019年第1期41卷 252-253页

作者：甘富升西南科技大学四川绵阳621000

本研究以NAO为依托,进行行走相关的技术研究。首先,为了更加准确地得到NAO躯干姿态信息,采取卡尔曼滤波法,对两个传感器的数据进行融合,得到躯干绕坐标轴旋转的角度,为后续的稳定性控制做好基础准备。接着,利用线性倒立摆模型,进行NAO... 详细信息

本研究以NAO为依托,进行行走相关的技术研究。首先,为了更加准确地得到NAO躯干姿态信息,采取卡尔曼滤波法,对两个传感器的数据进行融合,得到躯干绕坐标轴旋转的角度,为后续的稳定性控制做好基础准备。接着,利用线性倒立摆模型,进行NAO的步态数据规划,并进行实验验证。

关键词：卡尔曼滤波法线性倒立摆模型步态规划

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