基于VMC的四足机器人稳定行走控制

1

作者 刘畅 陈腾飞 +1 位作者 薛晨慷 周枫林 《机电工程技术》 2025年第5期40-45,64,共7页

近年来,移动机器人领域中的仿生足机器人成为研究热点。其中,四足机器人由于移动速度快、动作灵活等优点被广泛研究与应用。但是,在实现足式机器人能够行走运动的同时,足底打滑、足端速度不一致等现象导致整个机器人机体的稳定性与航向... 近年来,移动机器人领域中的仿生足机器人成为研究热点。其中,四足机器人由于移动速度快、动作灵活等优点被广泛研究与应用。但是,在实现足式机器人能够行走运动的同时,足底打滑、足端速度不一致等现象导致整个机器人机体的稳定性与航向控制依然存在问题。单纯依靠运动学对位置和轨迹进行控制和优化效果并不理想。为解决此问题,使用虚拟模型控制方法,由虚功原理简化了四足机器人的运动模型。同时将位姿变换指令转化为腿部关节的力矩指令,实现整机控制。在不同的阻尼系数和刚度系数下探究机体的足端轨迹、偏航距离和质心高度的变化,并对机体的偏航位移和偏航角度进行分析。经过计算与仿真实验,在合理的刚度系数和阻尼系数条件下,机器人的行进和偏航距离与足端轨迹得到了改善,机身航向与机体稳定性也得到了极大的提升。 展开更多

关键词 四足机器人 虚拟模型控制 机身航向 稳定行走控制

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拟人机器人未知环境下稳定行走控制方法

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作者 肖乐 殷晨波 谢从华 《常熟理工学院学报》 2015年第4期92-95,共4页

拟人机器人是机器人研究领域的重点研究方向之一,研究主要集中在实现双足行走,在平整地面上和已知地面环境下的稳定行走,但是在未知地面环境下实现稳定行走一直是研究的难点和热点.本文研究了在未知环境下通过调整落地时间、落地位置、... 拟人机器人是机器人研究领域的重点研究方向之一,研究主要集中在实现双足行走,在平整地面上和已知地面环境下的稳定行走,但是在未知地面环境下实现稳定行走一直是研究的难点和热点.本文研究了在未知环境下通过调整落地时间、落地位置、落地减振控制三种方法控制稳定.这些控制方法使得机器人在未知环境下摆动腿落地瞬间冲击力较大时能保持良好的稳定性. 展开更多

关键词 拟人机器人 未知环境 稳定行走 控制方法

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复杂路况下双足机器人稳定行走的设计与研究

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作者 闫耀中 程震 +3 位作者 刘国栋 陈南而 陈昱含 张心豪 《电脑知识与技术》 2013年第6期3845-3849,共5页

以ATMEL公司的Atmega128为核心设计控制、驱动电路来实现双足机器人在复杂路况下的稳定行走。ATmega128内部16位定时器及I/O端口产生多路PWM输出控制舵机,同时Atmega128作为主控制器,利用传感器ADXL345传回的角速度变化辅以机器人脚部... 以ATMEL公司的Atmega128为核心设计控制、驱动电路来实现双足机器人在复杂路况下的稳定行走。ATmega128内部16位定时器及I/O端口产生多路PWM输出控制舵机,同时Atmega128作为主控制器,利用传感器ADXL345传回的角速度变化辅以机器人脚部的触碰开关来实时调整机器人的姿态,以使机器人在不平坦路面上稳定行走。 展开更多

关键词 双足机器人 稳定行走 复杂路况

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后跟具有硬质支撑结构的鞋垫对老年人行走稳定性的影响

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作者 吕美莲 周涛 +3 位作者 刘昭霞 侯霞 卢鑫 廖毅彬 《中国皮革》 CAS 2024年第7期9-14,共6页

本文旨在探究后跟具有硬质支撑结构鞋垫对老年人自然速度行走时稳定性的影响。采用Kistler三维测力台采集18名老年人以自然速度行走时垂直地面反作用力(vGRF)及压力中心(COP)轨迹数据,通过vGRF将步态的支撑相划分为负荷反应期(LR)、支... 本文旨在探究后跟具有硬质支撑结构鞋垫对老年人自然速度行走时稳定性的影响。采用Kistler三维测力台采集18名老年人以自然速度行走时垂直地面反作用力(vGRF)及压力中心(COP)轨迹数据,通过vGRF将步态的支撑相划分为负荷反应期(LR)、支撑中期(MSt)、支撑末期(TSt)、摆动前期(PSw)4个亚相,对比各亚相内COP的变化。结果显示,相比无鞋垫,基础鞋垫和支撑鞋垫均显著增加了LR时间,并减小了COP轨迹偏差,且支撑鞋垫效果更加显著。研究表明,鞋垫的硬支撑结构有助于减少老年人行走过程中的步态不稳定性,从而降低跌倒风险。 展开更多

关键词 老年人 行走稳定性 鞋垫 压力中心

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不同类型和负荷双任务对社区脑卒中患者行走稳定性的影响

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作者 刘鑫玥 刘卉 +1 位作者 刘鹏波 霍洪峰 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期135-135,共1页

目的探究不同类型和负荷双任务对社区脑卒中患者行走稳定性的影响。方法利用Simi Motion三维动作分析系统和FREEEMG300无线表面肌电测试系统同时采集20名社区脑卒中患者不同负荷下认知双任务、运动双任务步行时的运动学数据和平均肌电值... 目的探究不同类型和负荷双任务对社区脑卒中患者行走稳定性的影响。方法利用Simi Motion三维动作分析系统和FREEEMG300无线表面肌电测试系统同时采集20名社区脑卒中患者不同负荷下认知双任务、运动双任务步行时的运动学数据和平均肌电值(AEMG),并通过运动学数据间接计算出步态时空参数和动态稳定裕度(MOS)。采用双因素重复测量方差分析任务类型(认知和运动)和任务负荷(简单和困难)对人体行走稳定性的影响以及两者之间的交互作用。结果社区脑卒中患者认知双任务步行时健侧支撑相占比大于运动双任务步行(P=0.021);患侧步宽(P=0.018)和腓肠肌平均肌电值(P=0.001)在简单认知双任务步行时小于困难认知双任务步行;步速、步频、步幅、步长、摆动相占比和健患侧股直肌、股二头肌、胫前肌、健侧腓肠肌AEMG以及不同时刻MOS在不同双任务步行时的变化差异不具有统计学意义(P>0.05)。结论认知双任务困难程度增加会使脑卒中患者步行时左右方向支撑面积增加,有利于增强行走稳定性。相比运动双任务,认知双任务介入时脑卒中患者通过增加健侧触地时间提高行走稳定性。相比简单负荷双任务,困难负荷双任务会增加脑卒中患者姿势控制认知资源的分配水平。 展开更多

关键词 脑卒中患者 重复测量方差分析 摆动相 行走稳定性 胫前肌 股直肌 任务负荷 股二头肌

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基于ZMP的类双足步行机构行走稳定性控制 被引量：5

6

作者 王孝义 秦建恒 +2 位作者 邱晗 陈富强 邱支振 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2014年第6期802-806,共5页

针对早期研究的步行机构不能独立稳定行走的缺点,通过增加平衡装置以及一定的控制策略以实现双足步行机构的稳定行走。在介绍类双足步行机构基本构型及其行走原理的基础上,详细分析了单足支撑和双足支撑时步行机构的ZMP动态位置,并通过... 针对早期研究的步行机构不能独立稳定行走的缺点,通过增加平衡装置以及一定的控制策略以实现双足步行机构的稳定行走。在介绍类双足步行机构基本构型及其行走原理的基础上,详细分析了单足支撑和双足支撑时步行机构的ZMP动态位置,并通过平衡重块的规律移动控制ZMP位置使得步行机构在整个行走过程中处于稳定状态;给出了平衡重块在平衡托盘上的相对运动路径和相对运动规律。最后通过仿真实例验证了行走稳定控制分析的有效性和正确性。 展开更多

关键词 类双足步行机构 稳定行走 平衡装置 ZMP

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橡胶弹性对仿人机器人行走稳定性的影响

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作者 张洪影(编译) 《橡胶参考资料》 2024年第3期50-56,共7页

行走是人类用于移动的一种与生俱来的能力。人类行走由与地面接触的交替循环组成,这依赖于脚肌肉和关节之间的协同作用以及脚表面的结构和硬度,以避免不平衡。这种机制使人类能够在不同的地面形态上行走,并且适应扰动。为了帮助人类完... 行走是人类用于移动的一种与生俱来的能力。人类行走由与地面接触的交替循环组成,这依赖于脚肌肉和关节之间的协同作用以及脚表面的结构和硬度,以避免不平衡。这种机制使人类能够在不同的地面形态上行走,并且适应扰动。为了帮助人类完成日常工作,使用了辅助机器人。从移动角度来看,仿人机器人最适合,因为它们的运动与人类环境相容。然而,它们的设计存在某些不足,例如它们脚的平整度和刚度会导致意外滑移的发生。为了克服来自腿式机器人的脚-地交互作用所带来的困难,采用了两种主要途径。第1种途径是利用不同的控制技术来实现直线运动并保持恒定的压力中心。第2种途径是利用一种复杂的足部拓扑结构或者特殊材料来增加机器人的脚和地面间的摩擦来减少打滑的概率。 展开更多

关键词 仿人机器人 拓扑结构 行走稳定性 控制技术 腿式机器人 直线运动 橡胶弹性 交替循环

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步行船式车辆行走稳定性的比较研究 被引量：5

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作者 洪添胜 张泰岭 +2 位作者 罗锡文 区颖刚 邵耀坚 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第1期63-68,共6页

为研究适用于沿海松软滩涂牧草地面上作业机器的行走机构，达到既不缠草又能利用草根推进的目的，提出了步行船式车辆行走机构。该文对六腿两相位、八腿两相位和十二腿四相位步行船式车辆的质心高度的跳动、前进速度的波动、行走方向的... 为研究适用于沿海松软滩涂牧草地面上作业机器的行走机构，达到既不缠草又能利用草根推进的目的，提出了步行船式车辆行走机构。该文对六腿两相位、八腿两相位和十二腿四相位步行船式车辆的质心高度的跳动、前进速度的波动、行走方向的摆动以及步行船式车辆左右摇动进行比较分析，讨论了步行船式车辆的结构及土壤条件对步行船式车辆行走性能的影响及其改善途径。 展开更多

关键词 步行船式车辆 步行腿 行走稳定性 土壤

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大模板液压台车受力及行走稳定检算 被引量：16

9

作者 苏睿 李生宏 +1 位作者 孟祥义 朱杰 《铁道建筑技术》 2002年第5期34-36,共3页

结合工程实际 ,对大断面液压钢模衬砌台车结构受力进行分析 ,并对台车行走稳定性进行验算。该台车成功地应用于特大断面隧洞衬砌施工中 ,缩短了施工时间 ,确保安全。

关键词 大模板液压台车 受力分析 检算 行走稳定性 施工 全断面钢模板混凝土衬砌隧道台车

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仿人机器人行走稳定性分析 被引量：1

10

作者 肖乐 常晋义 殷晨波 《常熟理工学院学报》 2011年第2期109-112,共4页

提出了基于虚拟零力矩点FZMP的在线仿人机器人稳定行走控制方法,以机械系统动力学分析软件ADAMS为基础,建立仿人机器人虚拟样机模型.开发了用于仿人机器人行走仿真的平台,实现了仿人机器人参数化建模,完成了基于虚拟样机技术的仿真.

关键词 仿人机器人 虚拟零力矩点 行走稳定性 虚拟样机

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浅谈双足竞步机器人行走稳定性的研究现状

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作者 高梅 叶丹 +1 位作者 何莞 姚莹 《普洱学院学报》 2016年第6期76-78,共3页

双足机器人的步态规划和步行控制是机器人研究的热点问题之一,而机器人的行走稳定性则是依靠机器人构型、步态规划和步行控制的。为此,研究主要针对双足竞步机器人保持行走稳定性采用的结构和方法。

关键词 双足竞步机器人 行走稳定性 自由度 ZMP

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基于deep Q-network双足机器人非平整地面行走稳定性控制方法 被引量：14

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作者 赵玉婷 韩宝玲 罗庆生 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2018年第9期2459-2463,共5页

针对双足机器人在非平整地面行走时容易失去运动稳定性的问题,提出一种基于一种基于价值的深度强化学习算法DQN(Deep Q-Network)的步态控制方法。首先通过机器人步态规划得到针对平整地面环境的离线步态,然后将双足机器人视为一个智能体... 针对双足机器人在非平整地面行走时容易失去运动稳定性的问题,提出一种基于一种基于价值的深度强化学习算法DQN(Deep Q-Network)的步态控制方法。首先通过机器人步态规划得到针对平整地面环境的离线步态,然后将双足机器人视为一个智能体,建立机器人环境空间、状态空间、动作空间及奖惩机制,该过程与传统控制方法相比无需复杂的动力学建模过程,最后经过多回合训练使双足机器人学会在不平整地面进行姿态调整,保证行走稳定性。在V-Rep仿真环境中进行了算法验证,双足机器人在非平整地面行走过程中,通过DQN步态调整学习算法,姿态角度波动范围在3°以内,结果表明双足机器人行走稳定性得到明显改善,实现了机器人的姿态调整行为学习,证明了该方法的有效性。 展开更多

关键词 双足机器人 行走稳定性 步态控制 非平整地面 强化学习

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双足机器人行走稳定性研究 被引量：4

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作者 俞志伟 王立权 韩金华 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第11期1285-1290,共6页

双足机器人行走的稳定性是双足行走最为重要的衡量指标之一.针对传统的基于零力矩点(ZMP)步态稳定性判据方法,分析了ZMP、COP的相互关系,表明在双足机器人与水平地面无粘性力和无吸附力作用下,其ZMP即为压力中心点COP.基于具有足趾关节... 双足机器人行走的稳定性是双足行走最为重要的衡量指标之一.针对传统的基于零力矩点(ZMP)步态稳定性判据方法,分析了ZMP、COP的相互关系,表明在双足机器人与水平地面无粘性力和无吸附力作用下,其ZMP即为压力中心点COP.基于具有足趾关节的双足机器人足底支撑面多种变化,提出对多点接触时支撑多边形区域描述.结合ZMP/COP、COG的在支撑面内相对位置,提出了基于ZMP/COP、COG的综合稳定性判据.经仿真分析,与传统单一的ZMP稳定性判据相比,该综合稳定性判据能够更为准确地反映步态的稳定性. 展开更多

关键词 双足机器人 行走稳定性 综合稳定性判据 支撑区域描述

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双重任务介入对人体静态平衡和动态稳定性的影响 被引量：1

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作者 刘鑫玥 霍洪峰 《中国康复医学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期581-584,共4页

跌倒是导致老年人死亡和伤残的主要危险因素之一,每年约三分之一65岁以上老年人至少经历1次跌倒,并且有高达90%以上的髋关节骨折是由跌倒引发的,导致人体运动功能受损,社会参与受限,直接降低日常生活质量[1-2]。良好的姿势控制能力是维... 跌倒是导致老年人死亡和伤残的主要危险因素之一,每年约三分之一65岁以上老年人至少经历1次跌倒,并且有高达90%以上的髋关节骨折是由跌倒引发的,导致人体运动功能受损,社会参与受限,直接降低日常生活质量[1-2]。良好的姿势控制能力是维持日常生活活动的基础,也是有效预防跌倒的必要因素。老年人及神经系统障碍患者运动控制水平下降,神经协调能力不足,步态异常,行走稳定性下降,增加其跌倒风险[3]。为科学有效地预防跌倒发生,姿势控制的神经力学机制逐渐受到研究者们的关注。双任务研究范式是指在进行姿势控制的同时完成一项认知任务或其他运动任务,贴切日常生活活动的多任务情景. 展开更多

关键词 神经系统障碍 步态异常 日常生活质量 预防跌倒 髋关节骨折 跌倒风险 日常生活活动 行走稳定性

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轮式单斗液压挖掘机行走稳定性分析

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作者 彭力 《昆重科技》 1995年第2期4-6,22,共4页

关键词 挖掘机 行走稳定性 液压传动

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仿人机器人双足行走模型研究 被引量：5

16

作者 肖乐 张玉生 殷晨波 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2011年第12期173-175,共3页

针对仿人机器人双足行走的稳定性问题,引入零力矩点理论,根据稳定行走必须满足地面反作用力位于稳定区域内这个条件,推导出仿人机器人在行走过程中单双腿支撑期的稳定区域面积和稳定裕量。建立2种不同形状的仿人机器人双足模型,在足底... 针对仿人机器人双足行走的稳定性问题,引入零力矩点理论,根据稳定行走必须满足地面反作用力位于稳定区域内这个条件,推导出仿人机器人在行走过程中单双腿支撑期的稳定区域面积和稳定裕量。建立2种不同形状的仿人机器人双足模型,在足底和地面间创建一系列接触力,并通过机械系统动力学自动分析软件得到行走过程中足底各个点的受力曲线并进行受力分析,得出合理的双足形状。 展开更多

关键词 仿人机器人 零力矩点 机械系统动力学自动分析软件 行走稳定性

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仿人机器人在复杂环境中的行走研究 被引量：2

17

作者 肖乐 殷晨波 谢从华 《计算机仿真》 CSCD 北大核心 2015年第4期281-285,共5页

在仿人机器人行走限定性的研究中,由于外界环境的复杂性,仿人机器人在行走过程中很容易失稳,导致不能稳定行走的问题。为了避免失稳摔倒,结合FZMP的在线调整策略,提出了通过调整直立姿态、调整落地角动量控制、落地减振控制和落地位置... 在仿人机器人行走限定性的研究中,由于外界环境的复杂性,仿人机器人在行走过程中很容易失稳,导致不能稳定行走的问题。为了避免失稳摔倒,结合FZMP的在线调整策略,提出了通过调整直立姿态、调整落地角动量控制、落地减振控制和落地位置控制四种稳定行走控制方法,通过改变髋关节的高度来吸收由摆动腿提前着地而产生的垂直振动,给出了髋关节的高度补偿计算公式。使得机器人行走的整个过程,特别是在地面不平整以及摆动腿落地瞬间冲击力较大时也能保持良好的稳定性。通过ADAMS软件和虚拟仿真验证,改进方法能有效的实现机器人在复杂环境中的稳定行走。 展开更多

关键词 仿人机器人 虚拟零力矩点 在线调整 行走稳定性

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地质灾害应急抢险钻机的履带行走仿真 被引量：1

18

作者 黄晓林 奎中 《中国地质灾害与防治学报》 CSCD 2013年第4期79-84,共6页

中国地质科学院探矿工艺研究所研制的地质灾害应急抢险快速成孔钻机的设计阶段采用虚拟样机技术:运用三维CAD软件Solidworks设计该钻机的机体三维数字模型;利用RecurDyn多体动力学仿真软件建立该钻机履带行走装置的虚拟样机模型;在Recur... 中国地质科学院探矿工艺研究所研制的地质灾害应急抢险快速成孔钻机的设计阶段采用虚拟样机技术:运用三维CAD软件Solidworks设计该钻机的机体三维数字模型;利用RecurDyn多体动力学仿真软件建立该钻机履带行走装置的虚拟样机模型;在RecurDyn环境中整合组装整机并对钻机履带行走进行动力学仿真,分析钻机的行走能力,论证所设计的钻机在进行抗滑桩、边坡加固、钻掘生命通道等地质灾害防治施工工况时的行走稳定性。达到缩短履带钻机研发周期、减少该产品开发成本的目的。 展开更多

关键词 虚拟样机 履带钻机 履带仿真 行走稳定性

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基于ADAMS的仿人机器人行走仿真

19

作者 肖乐 常晋义 殷晨波 《常熟理工学院学报》 2012年第4期73-78,共6页

采用机械系统动力学仿真分析软件ADAMS进行建模和动力学仿真,提供机器人三维实体模型、运动学和动力学模型以及动画仿真.采用控制系统专业软件Matlab进行机器人控制系统设计,提供控制关节目标轨迹、稳定控制算法并输出驱动力矩.通过ADAM... 采用机械系统动力学仿真分析软件ADAMS进行建模和动力学仿真,提供机器人三维实体模型、运动学和动力学模型以及动画仿真.采用控制系统专业软件Matlab进行机器人控制系统设计,提供控制关节目标轨迹、稳定控制算法并输出驱动力矩.通过ADAMS/Controls接口模块建立起Matlab与ADAMS之间的数据接口.联合仿真方法为实现仿人机器人在线控制奠定了基础. 展开更多

关键词 仿人机器人 虚拟样机 行走稳定性 联合仿真

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不同负重方式对老年人行走影响的比较分析 被引量：6

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作者 张腾宇 张静莎 +2 位作者 季润 吕泽平 李增勇 《中国运动医学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2018年第12期1005-1010,共6页

目的:分析日常生活中常见的几种不同负重方式对老年人行走稳定性影响的差异。方法:选取15名健康老年人(8男7女)进行无负重以及双手提、单手提、肩背、怀抱几种不同负重方式下行走的步态测试,负重量为10%体重,之后对步频、步速、步长、... 目的:分析日常生活中常见的几种不同负重方式对老年人行走稳定性影响的差异。方法:选取15名健康老年人(8男7女)进行无负重以及双手提、单手提、肩背、怀抱几种不同负重方式下行走的步态测试,负重量为10%体重,之后对步频、步速、步长、步态周期、支撑期、单足支撑期、双足支撑期等步态时空参数以及平均步态周期变异系数(STV)、压力中心偏移量(COPml、COPap)等与稳定性有关的步态参数进行对比分析。结果:在不同负重方式下,单手提、肩背和怀抱负重的步态周期均显著小于无负重情况(P<0.05或P<0.01),步频均显著大于无负重情况(P<0.05或P<0.01),且怀抱和单手提的步态周期显著小于双手提和肩背的情况(P<0.05或P<0.01),怀抱的步频显著大于双手提和肩背的情况(P<0.05或P<0.01),单手提的步频显著大于双手提的情况(P<0.05或P<0.01);标准化步长在怀抱负重方式下显著小于无负重和双手提的情况(P<0.05或P<0.01);步速、支撑期、单支撑期、双支撑期以及与步态稳定性有关的STV、COPml和COPap参数在不同负重方式间均无显著性差异(P>0.05)。在不同性别之间,男性支撑期占比显著高于女性(P<0.01),而单支撑期占比显著低于女性(P<0.01)。结论:10%体重的负重对老年人步态稳定性没有显著影响,双手提的负重方式对行走步态影响较小。对于不同个体应对不同负重方式的步态调整策略可能各不相同。负重条件下男性保持稳定性的能力优于男性,因此女性老年人负重行走时应更加小心。 展开更多

关键词 负重 行走稳定性 步态参数 老年人

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