考虑门架变形、轮胎刚度阻尼以及车体惯性质量等参数的影响,搭建了基于VL motion的纵向动力学模型,结合门架液压系统模型建立基于AMESim与VL motion的联合仿真分析平台,辨识负载高位抖动/晃动工况中惯性力矩的时变特征,根据零力矩点理论(Zero Moment Point,ZMP)分析了叉车纵向堆垛的稳定条件。针对叉车纵向堆垛过程中由于液压系统冲击引起的失稳问题,设计了一种组合式液压缓冲装置。仿真结果表明,由于组合式液压缓冲装置的节流与吸能作用,减轻了负载运动状态变化所引起的液压系统冲击问题,提高了叉车纵向堆垛稳定性。

外骨骼式下肢助行机器人的步态轨迹是当今研究的热点问题,稳定合理的步态运动是外骨骼有效辅助人体的基本保障。针对外骨骼式下肢助行系统的步态轨迹问题,基于零力矩点(ZMP)理论,采用五点规划法将人体步态划分为5个特殊姿态点,并求解相应的位置和角度坐标。利用MATLAB平台的三次样条插值函数模块,求解这些特殊点的三次样条曲线,仿真出髋关节和踝关节的轨迹曲线。最后根据ZMP动态轨迹方程,求解外骨骼系统的ZMP曲线,结果表明步态轨迹连续光滑,与理想的重心轨迹方向一致,符合外骨骼系统的轨迹路径要求。

为提高双足机器人的步行性能,提出了基于五质心模型的预测控制实现方法。该方法按照机器人的结构,将机器人质量分配在躯干、双臂、双腿中的五个质心,并推导出基于机器人腰部的零力矩点变换公式。应用模型预测控制方法,控制机器人在线跟踪优化的行走轨迹。为验证算法正确性,进行了3D动态仿真实验和现实环境中步行实验。实验结果与基于单质心模型和三质心模型的模型预测控制算法对比,证明这里算法具有更高的步行轨迹跟踪精度。

为提高下肢外骨骼机器人上楼梯的稳定性,合理的步态规划与误差校正是至关重要的两个方面,为此,提出一种上楼梯过程中零力矩点(ZMP)的在线校正方法。首先,建立下肢上楼梯的运动模型,并进行运动学分析,利用5次B样条曲线进行下肢关节轨迹规划。其次,针对由穿戴过程中人不稳定扰动作用造成的实际与规划ZMP轨迹之间的较大误差,采用在线ZMP校正进行调节。最后,通过仿真和实际实验证明,这种在线校正能够明显减小机器人的ZMP误差,提高机器人ZMP的稳定裕度,保证下肢机器人系统的整体稳定性。