检索结果-内蒙古大学图书馆

控制理论与应用 2024年第4期41卷 631-637页

作者：肖乐伞红军孙海杰陈久朋昆明理工大学机电工程学院云南昆明650500 云南省先进装备智能制造技术重点实验室云南昆明650500

由于存在地势起伏,台阶对足式机器人运动稳定性会带来较大挑战.弹簧负载倒立摆模型(slip)作为研究足式机器人的优良模板,能否完成向上跳跃台阶的动作与其腿部摆角,起跳位置和跳跃高度都有密切的关系.由于调整模型腿部摆角规律容易引发... 详细信息

由于存在地势起伏,台阶对足式机器人运动稳定性会带来较大挑战.弹簧负载倒立摆模型(slip)作为研究足式机器人的优良模板,能否完成向上跳跃台阶的动作与其腿部摆角,起跳位置和跳跃高度都有密切的关系.由于调整模型腿部摆角规律容易引发运动失效,故本文在算法中引入虚拟弹簧腿,根据虚拟弹簧腿的运行规律确定合理起跳位置,根据起跳位置来控制系统跳跃高度进而完成跳跃台阶的动作.最后利用仿真软件进行多组仿真,结果表明本文算法对起跳区间划分合理,对起跳高度控制精准,能够实现slip模型跳跃台阶前后的稳定运动.

关键词：足式机器人运动控制 slip模型台阶地形能量补充

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基于slip模型的四足机器人单腿跳跃控制研究

基于SLIP模型的四足机器人单腿跳跃控制研究

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作者：肖乐昆明理工大学

学位级别：硕士

四足机器人比轮式机器人具有更强的地形适应能力,比双足机器人具有更高的稳定性,比六足机器人具有更简单的结构,因此具备较高的应用价值和商业价值。因为四足哺乳动物具备强大的地形适应能力和运动性能,故多数四足机器人的结构设计及控... 详细信息

四足机器人比轮式机器人具有更强的地形适应能力,比双足机器人具有更高的稳定性,比六足机器人具有更简单的结构,因此具备较高的应用价值和商业价值。因为四足哺乳动物具备强大的地形适应能力和运动性能,故多数四足机器人的结构设计及控制过程的基本思路往往来源于对哺乳动物的生物学特性的模仿。良好的控制模型能够使四足机器人的运动表现更加卓越,也能使控制过程变得更加简单,故对四足机器人的控制模型进行深入研究对四足机器人的发展具有重要意义。四足机器人单腿的性能对四足机器人整体性能影响十分明显,本文基于slip(spring-loaded inverted pendulum)模型对四足机器人单条腿的运动性能展开研究,目的在于将来能够使四足机器人整机运动性能得到提升。本文主要开展的工作有:(1)基于四足哺乳动物的生物学特性分析了将四足动物抽象为slip模型的过程及理论依据。由于slip模型的运动过程是飞行相和支撑相不断切换的过程,并且两种运动状态差别较大,于是分别建立了slip模型飞行相和支撑相动力方程,分析了slip模型飞行相与支撑相的切换条件。分析了slip模型实现稳定运动的判别准则,并根据slip模型的特性及稳定性条件分别制定了其飞行相和支撑相的控制策略。(2)足式机器人的运动是一个不断与环境交互的过程,环境的复杂程度也会对机器人运动效果产生较大的影响,对台阶地形的适应能力是足式机器人地形适应能力强于轮式机器人的重要表现。本文分析了slip模型在存在台阶的环境中可能发生的失效形式,为了防止slip模型跨越台阶时发生运动失效,引入了虚拟弹簧腿对起跳点进行了规划,目的在于保证系统跨越台阶前后的稳定运动,并且不造成过度能量损失。通过Adams-Simulink联合仿真对本文所提算法进行了验证。(3)仅对slip模型进行研究并不能直接解决实际的四足机器人运动问题,需要进一步研究关节腿的相关算法,最后才能应用到实际的四足机器人控制过程当中。本文分析了slip模型的两个自由度与关节腿两个转动自由度的关系,并将slip模型的控制算法映射到关节腿当中并继续采用Adams-Simulink联合仿真的方式验证本文算法对关节腿的控制效果。(4)搭建四足机器人单腿实物平台开展实验。考虑到单条关节腿的不稳定性及特殊性,先设计了能够支撑关节腿在竖直平面内运动的支撑平台。分析四足机器人腿部设计的主要原则,选择合理的电机布置方式及传动方式设计了多杆机构的关节腿。搭建了包括支撑平台及实物关节腿的实验平台并开展实验,最后对实验结果进行了分析。

关键词：四足机器人 slip模型运动控制台阶地形

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基于slip模型的仿人机器人优化控制研究

基于SLIP模型的仿人机器人优化控制研究

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作者：牛锦鹏浙江大学

学位级别：硕士

仿人机器人及其相关研究在机器人领域内方兴未艾。仿人机器人存在结构复杂，自由度高，非线性强，本质不稳定等显著特性，想要实现其在各种环境下的稳定运动至今依然是一项重大挑战。本文针对仿人机器人轨迹跟踪和质心轨迹规划问题开展... 详细信息

仿人机器人及其相关研究在机器人领域内方兴未艾。仿人机器人存在结构复杂，自由度高，非线性强，本质不稳定等显著特性，想要实现其在各种环境下的稳定运动至今依然是一项重大挑战。本文针对仿人机器人轨迹跟踪和质心轨迹规划问题开展基于优化的运动控制研究，设计仿人机器人状态估计器、基于二次规划的运动控制器、以及基于轨迹优化的质心轨迹规划器，并在仿人机器人“悟空-Ⅳ”平台开展实验验证。本文的主要研究工作和成果如下:　　1）设计了仿人机器人状态估计器。首先介绍了仿人机器人实验平台的相关硬件参数，利用机器人上已有的传感器硬件，先对仿人机器人每条腿触地的概率进行了估计,为步行状态机提供了切换信号;其次对仿人机器人浮动基在世界系下的位置、速度进行了估计，为后续的运动控制和轨迹规划建立了基础。　　2）设计了基于二次规划的仿人机器人步行控制器。定义了机器人步行运动的有限状态机，将仿人机器人行走时每条腿的运动分为支撑相和摆动相，摆动相采用位置控制跟随根据质心速度计算出的落脚点位置;支撑相将上层规划器规划出的运动行为组合成二次规划问题，利用qpOASES求解库求解，将求解出的关节的期望力矩作为关节的前馈输入，将状态反馈得到的期望力矩作为关节的反馈输入，最终得到支撑腿各关节的实际期望力矩值。　　3）设计了基于轨迹优化的仿人机器人上台阶轨迹规划器。针对仿人机器人上台阶的稳定通行需求，将变高度双摆模型的动力学方程作为质心轨迹规划的动力学约束，以及机器人腿长约束、关节最大力矩约束、滑动摩擦约束、转动摩擦约束作为优化问题的约束条件，并设计一系列的目标函数以及正则项，最终构建出一个轨迹优化问题，利用Ipopt非线性优化求解器求解，最终得到登上台阶过程中机器人质心的期望轨迹。　　4）在“悟空-Ⅳ”仿人机器人实验平台上开展实验。实现了仿人机器人可靠的触地估计和浮动基位置速度估计;机器人最大稳定行走速度超过6km/h,并能实现误差在几厘米以内的位置跟踪;可以登上高度为10cm的三级连续台阶，验证上述算法的有效性。

关键词：仿人机器人状态估计二次规划轨迹优化运动控制 slip模型

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基于slip模型的四足机器人跑跳步态轨迹规划与控制研究

基于SLIP模型的四足机器人跑跳步态轨迹规划与控制研究

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作者：王瑾元湖南工业大学

学位级别：硕士

随着制造业技术的发展,社会生产的要求不断提高,机器人的工作场景也不再局限于简单的室内,开始向环境复杂的室外转变,因此对移动式机器人运动能力和控制能力的要求也随之提升。以四足动物为模板的四足机器人凭借其功能的全面性、运动的... 详细信息

随着制造业技术的发展,社会生产的要求不断提高,机器人的工作场景也不再局限于简单的室内,开始向环境复杂的室外转变,因此对移动式机器人运动能力和控制能力的要求也随之提升。以四足动物为模板的四足机器人凭借其功能的全面性、运动的高效性、控制的智能性等特点,迅速成为移动式机器人中的佼佼者,被广泛运用于抢险救灾、地形探索、物品运输等多个领域。在实际应用中,四足机器人需要以较快的运动速度平稳到达目标点,此时机器人的运动稳定性与越障能力成为较大的影响因素,也是衡量机器人性能的重要指标,因此对四足机器人运动稳定性与越障能力的研究具有重要的实际意义。本文以结构简单、控制稳定的电机驱动式四足机器人为研究对象,从轨迹规划与控制方法两个方面入手,结合仿生学运动规律,围绕运动速度较快的对角小跑与跳跃步态,开展关于四足机器人运动稳定性与越障能力的研究,主要工作内容如下: (1)建立了四足机器人简化模型,使用D-H法与几何解析法对正、逆运动学进行求解,推导了运动学位姿矩阵与转换方程,为本文的轨迹规划奠定理论基础,并使用MATLAB机器人工具箱对方程进行仿真验证; (2)对机器人进行动力学分析,根据拉格朗日方程,建立关节的动能与势能方程,推导了机器人腿部关节的力矩方程,在弹簧负载倒立摆模型特性的基础上,对四足机器人的运动进行简化分析; (3)将仿生学抬脚后摆与落脚前摆动作与贝塞尔曲线结合,对对角小跑步态进行轨迹规划,提出了一种仿生学贝塞尔轨迹,与复合摆线、三次多项式、五次多项式轨迹进行仿真比较,发现仿生学贝塞尔轨迹有效减少了足端冲击力,使机身俯仰角变化降低了一半,提高了机器人对角小跑步态的运动稳定性; (4)对竖直跳跃与向前跳跃步态进行轨迹规划,提出了一种带有收腿动作的越障前跳轨迹,能够提高四足机器人的越障能力,为实现越障前跳的稳定控制,发展了一种基于三分控制的补偿控制法,能够改善机器人跳跃收腿时关节力矩与机身俯仰角的变化,提高了机器人越障前跳步态的稳定性。 (5)搭建四足机器人联合仿真平台,在ADAMS中对仿真环境与四足机器人模型进行设定,在MATLAB/Simulink中建立轨迹规划、运动学、动力学模块,通过联合仿真对本文所规划轨迹与控制方法进行验证。

关键词：四足机器人 slip模型轨迹规划对角小跑步态跳跃步态

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基于slip模型的四足机器人平衡控制方法研究

基于SLIP模型的四足机器人平衡控制方法研究

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作者：辛元昊山东大学

学位级别：硕士

本论文依托国家863计划课题“面向野外环境的四足仿生机器人实用技术研发”,针对四足机器人在行走时的平衡稳定控制方法进行研究。目前国内的四足机器人在行走时普遍存在稳定性方面的问题,如何使机器人在行走时能保持稳定平衡成为一个... 详细信息

本论文依托国家863计划课题“面向野外环境的四足仿生机器人实用技术研发”,针对四足机器人在行走时的平衡稳定控制方法进行研究。目前国内的四足机器人在行走时普遍存在稳定性方面的问题,如何使机器人在行走时能保持稳定平衡成为一个关键问题。本文提出一种基于三维空间中步态调整的四足机器人平衡稳定控制方法,该方法能够使四足机器人在受到一定范围内的外部扰动时保持稳定平衡。本文主要的工作包括以下几个方面:1、四足机器人建模分析。采用D-H法建立四足机器人的空间坐标系,在此基础上给出四足机器人在某一条腿上的正逆运动学的详细推导,并进一步推导了雅克比矩阵,为四足机器人稳定控制奠定了基础。2、四足机器人动态稳定性分析。分析了 slip模型的动态特征,构建了四足机器人运动的slip模型;分析了Trot的步态特征,给出了Trot步态下的步态控制方案;基于slip模型分析了四足机器人在运动时的稳定性条件。3、四足机器人仿真平台与物理实验平台设计与实现。针对四足机器人的性能分析,基于Webots搭建了四足机器人的3D模型仿真分析平台,进一步完善了实验室SCalf四足机器人物理实验平台,实验结果表明系统实时性好、稳定性高,达到了设计目标。4、四足机器人平衡控制算法的研究。提出了基于三维空间中步态调整的四足机器人动态稳定平衡控制方法,将四足机器人当前躯干姿态与给定躯干姿态比较,并通过slip模型计算出四足机器人的落足点,调整四足机器人的落足点,实现了躯干横滚角和俯仰角的稳定控制。仿真分析和实验验证了该算法在四足机器人平衡控制方面的有效性。

关键词：四足机器人 slip模型运动学平衡控制 Trot

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基于神经网络的四足机器人slip模型运动控制

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湖南工业大学学报 2021年第5期35卷 25-31页

作者：吴陈成李光谢楚政于权伟章晓峰湖南工业大学机械工程学院湖南株洲412007

根据四足哺乳动物形态设计的四足机器人,能够适应错综复杂的地形,且具有较强的运动属性。而对于四足机器人而言,运动的控制十分重要,所以对四足机器人运动过程中的跳跃控制问题进行了研究。首先,采用弹簧负载倒立摆模型(slip)对四足机... 详细信息

根据四足哺乳动物形态设计的四足机器人,能够适应错综复杂的地形,且具有较强的运动属性。而对于四足机器人而言,运动的控制十分重要,所以对四足机器人运动过程中的跳跃控制问题进行了研究。首先,采用弹簧负载倒立摆模型(slip)对四足机器人结构进行简化处理,建立了简化模型的动力学方程,并分析了模型的运动过程以及着陆相与腾空相的转换条件。其次,在仿真平台中建立了slip动力学模型,通过动力学仿真得到了一份仿真样本数据,并利用这份样本数据训练了一个神经网络,其中样本考虑了四足机器人在与地面接触过程中由于碰撞和阻尼所消耗的能量。最后,在仿真平台中进行验证,给定模型的初始高度和水平速度,通过神经网络计算出合适的着陆角,得到期望的水平末速度和弹跳高度。实验结果表明,基于神经网络的方法可以较精确地实现对slip模型运动的控制。

关键词：四足机器人 slip模型神经网络运动控制

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基于弹簧负载倒立摆模型的仿袋鼠机器人稳定跳跃控制

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控制理论与应用 2018年第8期35卷 1151-1158页

作者：左国玉刘旭北京工业大学信息学部北京100124 计算智能与智能系统北京市重点实验室北京100124

仿生跳跃机器人具备很强的越障和环境适应能力,但是由于机器人运动过程中较短的可控时间以及腾空阶段运动的不确定性,运动的稳定性对于仿生跳跃机器人至关重要.本文对仿袋鼠机器人跳跃运动过程中的稳定跳跃控制问题进行了研究.首先采用... 详细信息

仿生跳跃机器人具备很强的越障和环境适应能力,但是由于机器人运动过程中较短的可控时间以及腾空阶段运动的不确定性,运动的稳定性对于仿生跳跃机器人至关重要.本文对仿袋鼠机器人跳跃运动过程中的稳定跳跃控制问题进行了研究.首先采用双质量弹簧负载倒立摆模型(spring-loaded inverted pendulum,slip)模型对袋鼠机器人的结构进行简化,建立了机器人系统的动力学模型,并对机器人的运动过程以及着地相与腾空相的切换条件进行了分析.然后采用解耦控制的思想,将slip模型的运动控制分解为水平速度控制和跳跃高度控制两个方面,分别通过控制着地角度实现对水平运动速度的控制,通过能量补偿实现对跳跃高度的控制.最后在ADAMS仿真环境中建立机器人模型并进行了机器人运动仿真实验.实验结果表明,本文提出的方法可以实现仿袋鼠机器人稳定的周期性跳跃运动.

关键词：袋鼠机器人运动稳定性 slip模型解耦控制

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液压足式机器人单腿变刚度控制弹跳研究

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北京理工大学学报 2018年第10期38卷 1051-1055页

作者：赵江波薛塔王军政北京理工大学自动化学院复杂系统智能决策与控制国家重点实验室北京100081

液压足式机器人由于其负载能力强,动态性能优越得到广泛的关注.针对液压足式机器人能量调节及其单腿弹跳运动控制问题,将液压足式机器人单腿等效为弹簧负载倒立摆(slip)模型,并提出了一种主动变刚度的控制策略,可以使液压足式机器人单... 详细信息

液压足式机器人由于其负载能力强,动态性能优越得到广泛的关注.针对液压足式机器人能量调节及其单腿弹跳运动控制问题,将液压足式机器人单腿等效为弹簧负载倒立摆(slip)模型,并提出了一种主动变刚度的控制策略,可以使液压足式机器人单腿在着地时刻进行能量调整,并使其达到期望的弹跳高度.实验结果表明,本文提出的控制方法可以实现液压足式机器人单腿稳定弹跳,并有效控制弹跳高度.

关键词： slip模型变刚度能量调节弹跳控制

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并联腿四足机器人的参数优化和步态控制

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机械科学与技术 2023年

作者：陈明方李明张永霞陈中平莫翔昆明理工大学机电工程学院攀枝花市经济和信息化局

四足机器人并联腿的结构刚度好、运动精度高、动态性能好，但控制难度大。为解决并联腿四足机器人的控制和性能优化问题，本文对四足机器人的平面2自由度5R并联腿机械结构进行分析，采用弹簧-负载倒立摆模型控制，将slip模型等效拓展到... 详细信息

四足机器人并联腿的结构刚度好、运动精度高、动态性能好，但控制难度大。为解决并联腿四足机器人的控制和性能优化问题，本文对四足机器人的平面2自由度5R并联腿机械结构进行分析，采用弹簧-负载倒立摆模型控制，将slip模型等效拓展到四足机器人的对角小跑(tort)步态控制。使用遗传算法以能量损耗和运动误差为适应度函数对slip的相关系统参数进行优化，并总结系统参数对能量损耗和运动误差的影响。仿真结果显示四足机器人平地运动速度、弹跳距离、机身俯仰位置的最大误差分别为1.95％、2.36％、0.47°。

关键词：平面5R并联腿 slip模型遗传算法对角小跑

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基于弹簧负载倒立摆模型的闭链弹性仿生腿设计

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机械设计与研究 2019年第4期35卷 36-42页

作者：姚燕安徐小景武建昫北京交通大学机械电子与控制工程学院

基于弹簧负载倒立摆(slip)模型的结构特性,提出一种面向高速奔跑的新型仿生闭链弹性腿结构。以猎豹的腿部骨骼肌肉系统为仿生对象,基于Stephensen-Ⅲ型连杆机构的构型进行演化设计,在腿部杆件结构中加入弹簧,并引入两杆三副,构建一种符... 详细信息

基于弹簧负载倒立摆(slip)模型的结构特性,提出一种面向高速奔跑的新型仿生闭链弹性腿结构。以猎豹的腿部骨骼肌肉系统为仿生对象,基于Stephensen-Ⅲ型连杆机构的构型进行演化设计,在腿部杆件结构中加入弹簧,并引入两杆三副,构建一种符合slip模型结构和弹性特性的八杆十副腿部机构。基于闭环矢量法对腿部机构进行运动学分析,采用对称弯月形曲线作为期望足端轨迹,提出一种将机构尺度综合分为腿部骨骼尺寸设计与曲柄摇杆尺寸优化的设计方法,得到了满足期望足端轨迹的结构尺寸。进一步采用拉格朗日动力学方程描述单腿足端地面反作用力与驱动力之间的关系。应用Adams软件建立动力学仿真模型,进行质心速度、质心垂直位移、弹簧变形量等仿真分析。经构型设计、运动学分析、动力学仿真和结构设计,验证了该新型闭链弹性仿生腿可实现快速的奔跑步态。

关键词： slip模型仿生腿闭链连杆机构弹性腿动力学分析奔跑步态

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