目的在对中枢模式发生器(CPG)机理分析的基础上,生成关节运动轨迹,实现对双足机器人运动步态的控制。方法根据位姿矩阵实现对踝关节末端轨迹跟踪,整定CPG模型相位参数,利用节律信号输出叠加生成运动轨迹。通过联合仿真实验,对所规划的步态进行合理性、自稳定性和自适应性分析。结果生成的运动轨迹能够实现对双足机器人的行走步态控制。结论基于CPG生成的步态能够提高机器人的运动性能,具有更强的对复杂环境的适应性。生成的运动轨迹能够为双足机器人步态规划提供借鉴意义。

为实现双足机器人步行运动,提出了一种双足机器人平地行走步态规划算法并对其进行动力学仿真验证。首先利用二维倒立摆模型以及五次多项式分别对机器人质心、踝关节运动轨迹进行规划,再通过建立机器人运动状态几何模型,对运动过程中机器人腿部关节运动轨迹进行规划,得到关节角运动轨迹,借助MATLAB仿真获取机器人下肢各个关节运动曲线。然后利用动力学仿真软件Adams对虚拟样机进行仿真,实现了机器人虚拟环境下的平地稳态行走,仿真验证了步态规划算法的可行性。

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。

为了研究动力学参数对双足机器人步态的影响,以被动步行平足机器人为研究对象,基于拉格朗日方法和角动量守恒定律,建立系统动力学方程并进行了数值仿真。通过极限环阐述了平足机器人的周期步态;利用分岔理论分析了脚掌、脚跟、质心位置、质量比和斜面角度对平足机器人稳定步态的影响;使用点映射在二维参数空间中追踪了平足机器人的动力学行为。结果表明,平足机器人的能量损耗主要发生在摆动腿与斜面碰撞时;随着脚跟、质心位置、质量比的变化,平足机器人步态出现逆倍周期分岔现象,且平足机器人对脚跟长度、质心位置的变化十分敏感;同时,通过平足机器人在二维参数空间中维持稳定步态的动力学参数组合,以及不同足形对机器人全局稳定性的影响,证明了足形对双足机器人稳定行走的重要性。研究成果为双足机器人的结构设计、节能控...

在仿人机器人研究领域,双足步行控制一直是其难点。主要介绍基于TI的DSP芯片TMS320F2812设计双足机器人的基本运动控制系统,围绕机器人腿部无刷直流电机的驱动进行优化设计。系统采用PWM进行电机调速,辅助以补偿参数,通过步态指令,验证电机运转的精确性、稳定性和系统的可操作性。电机调试为CCS仿真、步态规划和独立行走提供试验平台,使机器人能够实现步行功能。

步态设计是双足机器人运动规划和动力学控制的关键问题。为了解决欠驱动双足机器人的步态设计问题,基于虚拟约束的思想,设计了3连杆欠驱动双足机器人的时不变参考步态,并以每步能耗为目标函数采用遗传算法对步态参数进行优化求解。基于有限时间反馈控制的动力学仿真表明,采用遗传算法得到的最优时不变参考步态,3连杆欠驱动双足机器人能够产生稳定周期行走,且具有较高的能量效率和较小的驱动力矩。建立的步态优化设计方法简单有效,可推广应用于其它类型的欠驱动双足机器人。

研究了双足被动动力步行机器人足的设计问题,及足的形状对运动过程中的能量转换和稳定性的影响。比较了质点型足、直线形足和圆弧形足三种双足机器人在运动过程中能量的变化情况。对机器人模型进行简化后的研究证明：直线性足的机器人与质点型足的机器人相比,在稳定的步行运动中的运动速度更大,而圆弧形足比直线形足又有优越性。数值仿真也验证了机器人模型具有同样的性质。最后给出了足的形状的设计方法。

设计了一个由Mckibben肌肉驱动的双足机器人。由于轻质的骨架构建材料和轻质的Mckibben肌肉，使整个机器人的重量很轻，它有可能实现跳和跑。机器人骨架系统参考了普通成年真人的相关数据，关节驱动器-Mckibben肌肉-的配置参考了人体解剖结构，每个机器人下肢共配置了11根Mckibben肌肉。结果表明，Mckibben肌肉与关节的连接位置对关节可动域有重大影响，双足机器人下肢可以实现人类下肢的主要动作姿态，但关节可动域达不到人的相应指标。