一、行走机器人控制策略研究(论文文献综述)
周洪旭[1](2020)在《四足液压机器人三自由度阻抗控制研究》文中进行了进一步梳理随着仿生学、机器人学、控制理论及互联网的发展,工业4.0发展战略的提出,国家对于人工智能及机器人产业更加关注,机器人研究也越来越被学术界关注。机器人作为人工智能的载体,可广泛应用于军事、工业、医疗、服务、家政、娱乐等各个领域。尤其在一些高风险、高负载的应用场景,机器人必不可少,而机器人的控制方法研究更成为重中之重。本文主要研究应用于工业大负载下的四足液压机器人的阻抗控制方法,针对当前机器人控制研究存在的诸多问题,进行三自由度阻抗控制的理论研究、数学推导、控制策略研究、仿真优化、控制策略对比及仿真结果分析,提升四足液压机器人对复杂路面的适应能力,以及柔顺性、行走稳定性、输出位移特性及输出力特性等。结合机器人学及物理运动学动力学等知识,进行机器人单腿三自由度运动学和动力学推导,得到单腿摆动相和支撑相各个关节的关节力矩与关节运动参数的数学关系,为三自由度下阻抗控制研究打下基础。进行三自由度下单腿的阻抗控制研究,分析机器人在对角小跑步态下行走的姿态角、速度、加速度变化,通过数学推导分析足端支撑相三个方向受力产生的附加力矩与姿态角、加速度变化的关系,优化基于位置的控制方法,通过仿真验证侧摆自由度对于机器人运动稳定性的重要意义。而后对单腿尝试多种力控制方法的尝试及仿真验证。设计一种逆动力学前馈PD阻抗控制补偿的力控制方法,并搭建联合仿真平台,比较摆动相单纯力控制与逆动力学前馈PD阻抗控制补偿两种策略液压缸力位移特性;进行支撑相联合仿真,优化力控制策略,使之适应支撑相大负载。最后搭建冲击力仿真验证平台,测试机器人单腿摆动相在新力控制方法下对于冲击力的柔顺性。进行三自由度四足机器人四足的力阻抗控制研究,搭建全力矩的四足控制联合仿真框架,比较基于位置和基于力两种控制方法在对角小跑步态下的系统响应特性,验证基于力控制方法的有效性和优越性。为了进一步比较位置控制和力控制的控制性能,研究四足机器人对角小跑变步长行走的控制方法,首先根据对角小跑的步态特点,设计一种合适的对角小跑变步长行走方式,然后搭建控制仿真平台,通过仿真,比较基于位置控制和基于力控制下机器人行走的速度特性,验证基于力的控制方法具有更好的速度稳定性。本课题的研究的主要目的包括:在三自由度下研究四足机器人阻抗控制,并通过联合仿真验证了侧摆方向力对于机器人运动稳定性的重要意义;提出一种逆动力学做前馈PD阻抗控制做补偿的力控制方法,并对之做优化适应支撑相的大负载,通过仿真验证其可行性;研究对角小跑变步态行走控制方法,仿真验证了力控制方法相比于位置控制方法具有更好的速度稳定性。
张晓玉[2](2019)在《截瘫行走矫形器智能技术研究进展》文中研究表明智能截瘫行走矫形器即截瘫行走机器人,是一种基于行走机器人技术的特殊功能性智能行走辅具,主要辅助脊髓损伤患者完成站立、行走和上下楼梯。分析了目前国内外截瘫行走机器人研究进展及代表性研究成果,总结了其基本构件、技术特征及存在的问题,展望了未来发展趋势。
丁浩[3](2019)在《基于反应轮倒立摆的行走机器人控制系统设计》文中指出经过漫长的自然选择,四足哺乳动物逐渐进化出能适应复杂环境的肢体。而人类制造的普通履带式、轮式汽车或者机器人却很难在复杂的地形下行驶。根据仿生学原理制造的仿生四足机器人在复杂地形侦察、野外物资运输等方面有巨大潜力,成为机器人研究的热点。传统四足行走机器人在行走或者站立过程中保持躯体侧向平衡的关键在于左右腿部提供的侧向支撑力,在这种情况下,四足机器人需要额外增加四个自由度以保持侧向平衡,这使得其控制算法较为复杂。相比较而言,本系统只采用一个反应轮电机以保持侧向稳定性。本文以自然界中哺乳动物为模板,将倾斜状态下的四足行走机器人等效为反应轮倒立摆模型,通过研究反应轮倒立摆动力学模型,实现其最优控制,使得在倾斜过程中能快速反应且超调量小。针对反应轮倒立摆模型不稳定、非线性、强耦合的特点,通过采用模糊自适应整定PID算法,解决了传统PID算法参数固定,不能适应非线性系统的缺点。针对传统的基础PID参数需要人工整定,而靠人工经验的办法并不能找到最适合系统的参数的问题,本文设计出一种更适合该系统的代价函数,采用策略梯度强化学习的算法寻找全局或者局部最优解。之后通过推导四足行走机器人的动力学模型,本文建立了四足行走机器人各个腿部的连杆坐标系,在此坐标系基础上求解连杆运动方程以控制腿部运动。并将反应轮倒立摆安装于四足行走机器人中,以保持四足机器人的侧向稳定性。本文最后应用上述算法,实际控制反应轮倒立摆,使得反应轮倒立摆长时间保持稳定,安装反应轮倒立摆的四足机器人能保持侧向稳定性。
张华建[4](2019)在《融合肌电信号的生物融合式助行外骨骼控制研究》文中提出随着世界人口老龄化情况的日益严重,老年人的行走能力成为了亟待解决的问题。为了能够延长老年人独立生活的时间长度,能够研发一款可以助力老年人行走的设备非常必要。而助力设备的对老年人的辅助行走的功能实现依赖于控制策略,针对生物融合式助行外骨骼基于力信号的模糊控制策略存在的缺点,本文提出一种融合肌电信号与力信号的混合控制策略。使用图像化编程软件LabVIEW进行程序编写及搭建人机交互界面,并依据现有的外骨骼设备对控制策略进行验证。首先,使用图像法对人体步态周期进行分析,测量行走过程中冠状面内质心的偏移量,同时也对行走过程中髋关节与足底距离的变化规律进行测量,为后期的减重助行工作提供数据支持。对步态周期内下肢肌群的活跃关系进行探讨,对行走过程中下肢肌群的表面肌电信号与步态时相的关系进行分析。其次,对肌电信号的产生机理及特性进行探讨,对本文所选用的表面肌电信号采集系统进行介绍。对sEMG进行时域、频域和时频域的特征提取及分析,并对特征空间进行降维,筛选出用于模式识别的sEMG时域特征空间。再次,基于LabVIEW软件对筛选过的sEMG的时频特征进行模式识别,利用LabVIEW软件编写神经网络模式识别程序,利用BP神经网络对样本数据进行训练学习。基于LabVIEW软件搭建融合肌电信号与力信号混合控制的程序。最后,对实验所用的生物融合式助行外骨骼进行介绍,选取数名实验者进行助行实验,根据实验数据绘制采用混合控制策略的运动参数,并与未采用混合控制策略运动参数进行比较,对肌电信号与力信号混合控制的可行性及有效性进行验证。
奚如如[5](2017)在《套索驱动半被动下肢助力外骨骼研究》文中进行了进一步梳理近年来,衰老、疾病、竞技体育、车祸、自然灾害及日常运动造成的下肢运动功能障碍患者数量呈逐年增加趋势。助力助行及康复训练下肢外骨骼机器人可以提高患者运动能力、保证患者生存质量、减轻患者经济压力及缓解医疗资源紧张,具有广泛的工程应用需求。国内外先进科研机构对下肢外骨骼机器人的研究已取得一些成果,但外骨骼机器人在结构轻量化、低能耗、驱动技术、传感器技术、协调控制及效果评价等方面的研究难点限制了下肢外骨骼机器人的工程应用。本文根据上述研究背景,结合人体下肢运动机理与被动双足行走理论的优点,研制了一款套索驱动半被动下肢助力外骨骼,主要用于下肢运动力量不足的老弱患者的助力助行及康复训练,论文主要研究内容如下:基于人体解剖学、运动学及测量学,分析了人体下肢关节运动特性、步行周期特性及足部运动状态的相关性,提出整个行走周期包含五种基本行走模式,为通过足底力判断单腿所处相位和后续动力学模型的分析与简化提供了理论依据;对揭示被动双足行走理论的无边轮辐模型与最简双足行走模型进行了研究分析,采用庞加莱回归映射方法对模型运动极限环的存在及其影响因素进行了研究,从模型自身参数配置、重力作用、步态转换及能量补偿类型等角度描述了被动双足行走理论的低能耗特性,对设计更加符合人体运动机理及自由度设置、低能耗关节驱动方式及质量合理分布的半被动下肢外骨骼具有指导作用。研制出套索驱动半被动下肢助力外骨骼样机,从机构本体到控制系统硬件设计均遵循机构自身动力学特性、减少主动驱动自由度、增加被动柔顺驱动自由度及减少传感器使用数量的原则。采用电机-双套索传动系统驱动外骨骼主动髋关节,实现关节驱动电机外置及远端柔顺驱动,并通过控制关节电机力矩输出实现外骨骼助力助行目的;采用弹簧与板簧等弹性元件进行被动柔顺关节的设计,实现机构重心的调整及顺应运动趋势的能量存储和释放功能,减少整机能耗及提高整机性能;沿大腿杆的冲量模块作为人机主动作出蹬地-跖屈-屈膝-大腿前屈动作的触发信号,调动穿戴者的主观能动性来更快的完成步态转换及实现肢体力量的增强训练;对具有柔顺传动特性的单套索和双套索传动系统进行了力位传递特性建模分析及实验验证,分析了系统初始预紧力、全曲率、滚轮半径及摩擦系数对套索传动系统摩擦力矩及传动效率的影响,为补偿传动系统摩擦力矩进行了系统内部阻抗力矩参数辨识实验;传感器系统采用正交编码器、足底力测量传感器、人机交互力测量传感器及表面肌电信号测量传感器,用于识别人体运动意图与外骨骼运动状态及评价外骨骼助力效果。建立外骨骼单腿模型正运动学方程,对外骨骼关节变量进行操作空间与工作空间分析,分别通过几何法和蒙特卡洛法求解外骨骼工作空间。对外骨骼正运动学方程进行逆向运动学求解,并对雅克比矩阵、运动冗余性及运动奇异性进行了分析。针对下肢助力外骨骼行走步态周期内单腿支撑前期与双腿支撑后期两种主要行走模式进行动力学建模分析,得出拉格朗日动力学方程并求解出各关节力矩关系表达式。建立人机外骨骼系统动力学模型,明确系统关节驱动力矩影响因素,对制定人机外骨骼系统助力控制策略具有指导作用。对人机外骨骼系统控制策略进行了分析,采用基于模型的力矩计算为核心的分层递阶智能控制方法对外骨骼主动关节进行助力控制。首先,通过感知层的传感器系统判定外骨骼关节运动状态及穿戴者运动意图;其次,将感知层信息传递至决策层,分别计算外骨骼关节惯性输出力矩、人机交互控制力矩、单腿重力补偿力矩及系统内部阻抗力矩,判断冲量模块释放与否,并对上述力矩进一步运算得出电机理想输出力矩;最后,将电机理想输出力矩计算值及冲量模块释放指令送入执行层,通过伺服驱动电机实现外骨骼主动髋关节输出力矩控制及冲量模块控制。为验证人机外骨骼系统控制策略的有效性,分别进行了受试者穿戴外骨骼助力行走实验及外骨骼助力效果评价实验。
田彦涛,孙中波,李宏扬,王静[6](2016)在《动态双足机器人的控制与优化研究进展》文中指出对动态双足机器人的可控周期步态的稳定性、鲁棒性和优化控制策略的国内外研究现状与发展趋势进行了探讨.首先,介绍动态双足机器人的动力学数学模型,进一步,提出动态双足机器人运动步态和控制系统原理;其次,讨论动态双足机器人可控周期步态稳定性现有的研究方法,分析这些方法中存在的缺点与不足;再次,研究动态双足机器人的可控周期步态优化控制策略,阐明各种策略的优缺点;最后,给出动态双足机器人研究领域的难点问题和未来工作,展望动态双足机器人可控周期步态与鲁棒稳定性及其应用的研究思路.
年四成[7](2016)在《具有蠕动行走特性的管道机器人结构设计与性能分析》文中研究说明随着能源需求的大幅增长和工矿企业的蓬勃发展,管道建设速度随之加快。管道机器人是一种移动载体,通过配置相应的执行装置完成管道内的检测、喷涂、焊接、除垢等作业。具有蠕动行走特性的管道机器人因其具有运动过程不发生侧翻等优势,得到广泛研究。本文在国家自然科学基金(一种柔性蠕动管道机器人机构及其控制方法研究,编号:50905019)和教育部博士点学科专项科研基金(一种柔性蠕动管道机器人的研究,编号:20090005120006)的支持下,调研发现:(1)、对于具备在立体管道中具有连续作业能力的载体有着强烈需求;(2)、满足喷塑、清洗、焊接等行业的直线管道作业中大推力、大载荷机器人载体需求。根据这两类需求,在基金支持下完成两款机器人构型综合、运动特性分析、力学特性研究。最后完成两款机器人样机研制和实验验证。主要研究内容有如下几个方面:首先,提出类蠕动行走管道机器人概念及一种新型运动结构;为使得所提出的类蠕动管道机器人具备在管径变化时适应能力,提出一种由作动筒驱动的自适应管径变化的支撑结构;当支撑结构变化时为保证驱动的有效性,提出一种等距传动结构。实验证明,所提出的类蠕动管道机器人具备在立体管道中连续作业的能力。其次,为实现类蠕动管道机器人的自主行走能力,提出一种针对类蠕动管道机器人的并联检测反馈行走控制策略。实验证明,行走控制策略的运用使类蠕动管道机器人遇到可视距离内的障碍物时具备自主调速能力、具备与检测盲区内障碍物不发生刚性碰撞的能力、具备自主识别弯道与障碍物的区别等性能。再次,为实现直线管道作业中运动载体具有大驱动力的性能要求,运用机构形变瞬间内应力增加的原理,提出一种新型后向制动结构单元,通过该单元实现机体蠕动过程中力的前向传递。实验结果表明后向制动结构的运用使得机器人具备竖直管道中的攀爬能力且负载能力最大可达到65kg,结构构型有效。最后,完成立体管道中作业的类蠕动管道机器人样机研制及实验研究等工作。完成直线作业大推力蠕动管道机器人样机的结构设计、力学分析、仿真研究、研制材料分析、结构优化、样机生产及实验研究等系列工作。
申明斌[8](2015)在《基于气动人工肌肉的人工腿运动控制研究》文中进行了进一步梳理在智能假肢研究及开发过程中,需要对其进行大量的性能测试实验,但让残疾人穿戴假肢进行实验比较困难。为了给智能假肢的性能测试提供理想的实验平台,课题组提出了异构双腿行走机器人模式。人工腿作为异构双腿行走机器人的重要组成部分,其主要功能是模拟残疾人健康腿的正常步态,给智能仿生腿提供步态跟随目标轨迹。因此,人工腿的运动控制对整个异构双腿行走机器人的研究具有非常重要的意义。基于对人体下肢的生理结构及运动机理的分析,充分考虑健康人腿结构尺寸的基础上,对人工腿的整个机械系统进行了详细的结构设计和三维运动仿真,并开发了人工腿原型样机。在驱动方面,采用伺服电机作为髋关节和踝关节的驱动源,采用气动人工肌肉(PMA)作为膝关节的驱动源。膝关节的控制系统是本文研究的重点,结合气动人工肌肉的驱动方式,我们设计了由气动人工肌肉和气动高速开关阀组成的膝关节气动控制系统。由于气动人工肌肉(PMA)本身具有非线性,解析计算建模较为困难,本文利用已搭建完成的气动人工肌肉性能测试实验平台对人工肌肉的特性进行了分析,并建立了精确的数学模型。以膝关节的控制系统为研究对象,在动力学分析的基础上,建立了驱动关节的数学模型,并采用虚拟样机技术搭建了联合仿真平台。以提高系统控制精度为目的,应用PID控制策略和滑模变结构控制策略,分别对膝关节的控制系统进行了人工腿步态轨迹跟踪控制仿真,并得到了良好的仿真实验结果。在理论研究的基础上,完成了人工腿控制系统实验平台的搭建,并分别进行了三个关节的步态轨迹跟随实验研究。实验研究结果表明,本文所设计的人工腿结构系统和控制系统都较好地达到了预期目标。
朱振超[9](2014)在《三维双足步行机器人的被动稳定行走控制方法研究》文中进行了进一步梳理近些年,双足被动动态步行机器人的研究逐渐成为人形机器人的研究热点。从简单的双足二维被动斜面开始,双足被动动态行走的研究开始向三维的实际平面动态行走扩展,而且各种被动动态行走样机的研制层出不穷。本文以三维双足机器人的被动动态行走为切入点,以863项目和国家自然基金项目为依托,着重研究了三维双足动态行走机器人的建模与控制以及ADAMS样机的控制等方面的问题。具体内容如下,1)针对人类上身对于双足动态行走侧向平衡的作用,建立了一种带有可侧向摆动上身的三维双足机器人模型。本文在充分分析机器人上身侧向与前向运动的基础上,分别针对行走过程中的连续向前摆动行走阶段与碰撞切换阶段(膝关节碰撞与脚触地碰撞)进行了动力学建模研究,并采用混合动力学模型理论建立了三维双足机器人动力学模型。2)侧向稳定控制是三维双足机器人连续稳定行走的前提条件。本文基于带有可侧向摆动上身的三维双足机器人模型,采用基于虚拟约束思想的混合零动态控制策略,保持机器人下身的侧向欠驱动特性并利用上身的侧向与前向运动,实现了三维双足机器人的平面动态稳定行走,验证了带有可侧向摆动上身的三维双足机器人的可行性。3)双足机器人的原型机设计是以机器人的仿真技术为依托的。本文以PADW-JLUII型原型机为研究对象,建立了两种可用于双足机器人控制算法研究ADAMS虚拟样机模型:带有联动上身的ADAMS模型与不带上身的三维双足机器人ADAMS模型。针对双足机器人ADAMS模型的结构参数不确定性,进行了基于遗传算法的ADAMS模型的参数辨识研究,减小了理论模型与实际模型的结构差异性。4)基于双足机器人ADAMS模型的控制算法研究可为实际机器人行走控制算法的开发提供前期实验验证与理论基础。本文通过对机器人ADAMS样机的双层脚板机构进行分析,提出了踝关节侧向力矩补偿控制与基于侧向和前向周期匹配控制策略的侧向稳定控制方法。在基于FSM的前向自适应力矩补偿控制策略的引导下,基于侧向和前向周期匹配控制策略可使机器人获得稳定的三维周期动态行走。本文提出的基于侧向和前向的周期匹配踝关节控制策略能够在机器人稳定的初始步态条件下,结合前向平面行走控制策略,可使双足机器人虚拟样机实现类人动态行走,可为双足机器人原型机的设计与控制调试提供指导。综上所述,本文针对三维双足机器人的被动动态行走的理论控制与原型机机构的控制进行了一系列研究,具有积极的意义。
王超,王玉林,宋慧新[10](2014)在《人体助力行走机器人关键技术分析》文中研究表明人体助力行走机器人具有增强人体负重能力、降低人体行进中能量消耗及能够适应复杂路面的功能,逐渐成为机器人领域的研究热点.目前,人体助力行走机器人的关键技术有:人体助力行走机器人的机构设计,人体助力行走机器人的驱动单元,人体助力行走机器人姿态感知方案和人体助力行走机器人的行走控制策略.
二、行走机器人控制策略研究(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、行走机器人控制策略研究(论文提纲范文)
(1)四足液压机器人三自由度阻抗控制研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题来源 |
1.2 课题研究的背景和意义 |
1.3 国内外研究现状及分析 |
1.3.1 国外研究现状 |
1.3.2 国内研究现状 |
1.4 四足液压机器人阻抗控制研究现状 |
1.5 主要研究内容及研究方案 |
第2章 单腿三自由度运动学动力学推导 |
2.1 引言 |
2.2 单腿三自由度运动学推导 |
2.2.1 单腿三自由度正运动学 |
2.2.2 单腿三自由度逆运动学 |
2.3 单腿三自由度动力学推导 |
2.3.1 (Lagrange)拉格朗日函数与拉格朗日方程 |
2.3.2 摆动相动力学推导 |
2.3.3 支撑相动力学推导 |
2.4 本章小结 |
第3章 足底力初步分析及单腿力阻抗控制 |
3.1 引言 |
3.2 机器人足底附加力矩分析及侧摆关节意义验证 |
3.3 基于力控制的单腿研究 |
3.3.1 PID控制策略 |
3.3.2 基于速度补偿控制与PID控制结合的控制策略 |
3.3.3 非线性控制的逆系统方法 |
3.4 基于力控制的单腿摆动相联合仿真 |
3.5 基于力控制的单腿支撑相联合仿真 |
3.6 三自由度力阻抗控制的单腿柔顺性能仿真验证 |
3.7 本章小结 |
第4章 四足三自由度力阻抗控制研究 |
4.1 引言 |
4.2 四足液压机器人整体全力矩控制框架搭建 |
4.3 四足液压机器人变步长变速行走的控制研究 |
4.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
(2)截瘫行走矫形器智能技术研究进展(论文提纲范文)
1 截瘫行走矫形器 |
1.1 无动力式截瘫行走矫形器 |
1.2 外动力式截瘫行走矫形器 |
1.3 智能截瘫行走矫形器 |
2 截瘫行走机器人研究成果 |
2.1 国外研究成果 |
2.2 国内研究动态与成果 |
3 截瘫行走机器人的基本构件与技术特征 |
3.1 执行元件 |
3.2 感知元件 |
3.3 控制元件 |
4 结论 |
(3)基于反应轮倒立摆的行走机器人控制系统设计(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究的背景和意义 |
1.2 国内外行走机器人系统研究现状 |
1.2.1 国外行走机器人控制系统研究现状 |
1.2.2 国内行走机器人控制系统研究现状 |
1.2.3 行走机器人平衡稳定性研究 |
1.3 论文的研究工作及内容安排 |
第2章 反应轮倒立摆及行走机器人运动学模型 |
2.1 反应轮倒立摆的运动学模型 |
2.2 反应轮倒立摆的系统方程 |
2.3 行走机器人的运动学方程 |
2.3.1 D-H参数法连杆坐标系 |
2.3.2 连杆变换推导 |
2.3.3 连杆变换运动方程的代数求解 |
2.4 本章小结 |
第3章 反应轮倒立摆及行走机器人硬件组成 |
3.1 反应轮倒立摆的硬件组成 |
3.2 系统姿态传感器 |
3.2.1 姿态传感器的选择与比较 |
3.2.2 姿态传感器的四元姿态解算 |
3.3 行走机器人的硬件组成与控制 |
3.4 本章小结 |
第4章 反应轮倒立摆和四足机器人控制算法 |
4.1 反应轮倒立摆控制算法流程 |
4.2 反应轮倒立摆数据滤波算法 |
4.2.1 普通卡尔曼滤波算法 |
4.2.2 无迹卡尔曼滤波算法 |
4.2.3 两种滤波算法比较 |
4.3 经典PID与模糊自整定PID控制 |
4.3.1 经典PID算法 |
4.3.2 模糊自整定PID算法 |
4.4 策略梯度强化学习寻优算法 |
4.5 反应轮倒立摆电机转速闭环反馈 |
4.6 四足行走机器人的腿部控制 |
4.7 本章小结 |
第5章 反应轮倒立摆及行走机器人控制实测 |
5.1 滤波算法实测 |
5.2 PID实测 |
5.3 PID寻优算法实测 |
5.4 反应轮倒立摆速度环闭环反馈实测 |
5.5 四足机器人实测控制 |
5.6 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读学位期间发表的学术论文 |
致谢 |
(4)融合肌电信号的生物融合式助行外骨骼控制研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景 |
1.2 国内外相关技术及研究现状 |
1.2.1 国外研究现状分析 |
1.2.2 国内研究现状分析 |
1.3 肌电信号研究现状及分析方法 |
1.3.1 肌电信号研究现状 |
1.3.2 肌电信号分析方法 |
1.4 课题的来源及研究意义 |
1.5 本文的主要研究内容 |
第2章 行走过程力及肌电信号分析 |
2.1 引言 |
2.2 人体行走时运动数据分析 |
2.2.1 运动数据的获取方法 |
2.2.2 冠状面运动数据分析 |
2.2.3 矢状面运动数据分析 |
2.3 步态周期与相关信号分析 |
2.3.1 人体下肢肌群概述 |
2.3.2 步态周期与下肢肌群的活跃关系 |
2.3.3 足底压力信息采集与步态分析 |
2.4 本章小结 |
第3章 肌电信号采集及分析 |
3.1 引言 |
3.2 表面肌电信号的采集及处理 |
3.2.1 肌电信号的产生及特性 |
3.2.2 表面肌电信号采集系统 |
3.2.3 面肌电信号的预处理 |
3.3 表面肌电信号特征分析 |
3.3.1 时域特征 |
3.3.2 频域特征 |
3.3.3 时频特征 |
3.4 表面肌电信号特征选择 |
3.4.1 信号采集 |
3.4.2 特征提取 |
3.4.3 特征选择 |
3.5 本章小结 |
第4章 基于肌电信号的运动控制系统设计 |
4.1 引言 |
4.2 神经网络模式识别 |
4.2.1 神经网络模型介绍 |
4.2.2 神经网络结构设计 |
4.2.3 神经网络算法设计 |
4.3 软件控制系统设计 |
4.3.1 控制策略制定 |
4.3.2 步态时相编码 |
4.3.3 软件系统设计 |
4.4 本章小结 |
第5章 混合控制策略的实验验证 |
5.1 引言 |
5.2 生物融合式外骨骼系统 |
5.3 软件调试 |
5.3.1 实验数据采集 |
5.3.2 模式识别结果 |
5.4 实验设计及结果分析 |
5.4.1 实验过程设计 |
5.4.2 实验结果分析 |
5.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果 |
致谢 |
(5)套索驱动半被动下肢助力外骨骼研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 课题研究背景及意义 |
1.2 下肢外骨骼机器人发展概况 |
1.2.1 国外下肢外骨骼发展概况 |
1.2.2 国内下肢外骨骼发展概况 |
1.2.3 外骨骼机器人控制策略简述 |
1.2.4 外骨骼机器人技术难点分析 |
1.3 被动双足行走机器人研究概况 |
1.4 套索传动系统研究概况 |
1.5 本文主要研究内容 |
第二章 人体下肢运动机理及被动双足行走理论研究 |
2.1 人体下肢运动机理分析 |
2.1.1 人体下肢解剖学分析 |
2.1.2 人体下肢关节运动分析 |
2.1.3 人体下肢步行周期分析 |
2.1.4 人体下肢行走测量学分析 |
2.2 被动双足行走理论研究 |
2.2.1 无边轮辐模型运动分析 |
2.2.2 最简双足行走模型运动分析 |
2.3 本章小结 |
第三章 套索驱动半被动下肢助力外骨骼系统设计 |
3.1 外骨骼QEPLEX设计原则 |
3.2 外骨骼QEPLEX基本组成 |
3.3 外骨骼QEPLEX自由度配置及驱动方式 |
3.4 外骨骼QEPLEX机构本体设计 |
3.4.1 主动髋关节模块 |
3.4.2 被动柔顺膝关节模块 |
3.4.3 被动柔顺足部机构模块 |
3.4.4 冲量模块 |
3.4.5 人机物理连接单元 |
3.5 套索传动系统 |
3.5.1 单套索传动系统模型分析 |
3.5.2 双套索传动系统模型分析 |
3.6 外骨骼QEPLEX控制系统硬件设计 |
3.6.1 电机驱动系统设计 |
3.6.2 主控制板硬件设计 |
3.6.3 传感器硬件设计 |
3.7 本章小结 |
第四章 套索驱动半被动下肢助力外骨骼运动学与动力学分析 |
4.1 外骨骼QEPLEX运动学分析 |
4.1.1 外骨骼QEPLEX正向运动学建模分析 |
4.1.2 外骨骼QEPLEX工作空间求解 |
4.1.3 外骨骼QEPLEX逆向运动学求解 |
4.1.4 外骨骼QEPLEX雅可比矩阵分析 |
4.2 外骨骼QEPLEX动力学分析 |
4.2.1 拉格朗日动力学方程定义 |
4.2.2 外骨骼QEPLEX动力学模型分析 |
4.3 人机外骨骼系统动力学模型分析 |
4.4 本章小结 |
第五章 套索驱动半被动下肢助力外骨骼控制策略及实验研究 |
5.1 人机外骨骼系统控制策略总体分析 |
5.2 外骨骼QEPLEX控制算法研究 |
5.2.1 基于模型的力矩计算分析 |
5.2.2 模糊控制器的设计 |
5.2.3 控制算法的实现 |
5.3 外骨骼QEPLEX系统内部阻抗参数辨识实验 |
5.4 外骨骼QEPLEX助力行走控制实验及评价 |
5.4.1 外骨骼QEPLEX助力行走控制实验 |
5.4.2 外骨骼QEPLEX助力效果评价 |
5.5 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 研究工作总结 |
6.2 主要创新点 |
6.3 未来工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间发表的学术论文 |
(6)动态双足机器人的控制与优化研究进展(论文提纲范文)
1 动态双足机器人基本概念与控制原理 |
1.1 动态双足机器人动力学数学模型 |
1.2 动态双足机器人的周期步态 |
1.3 动态双足机器人的控制系统原理 |
2 动态双足机器人周期轨道稳定性分析方法 |
3 动态双足机器人反馈系统闭环特性的鲁棒性 |
4 动态双足机器人的步态优化控制理论 |
4.1 动态平衡控制理论 |
4.2 基于SLIP模型的步态控制理论 |
4.3 基于仿生学的优化控制理论 |
4.4 时间放缩控制理论 |
4.5 几何规约控制理论 |
4.6 混合零动态控制理论 |
4.7 离散力学与优化控制理论 |
4.8 PDAC控制理论 |
5 难点与未来的研究工作 |
5.1 动态双足机器人系统的可控周期步态的存在性的理论分析尚不完善 |
5.2 动态双足机器人系统可控周期运动的稳定性的理论研究尚不深入 |
5.3 动态双足机器人可控周期步态的鲁棒性分析尚不完全清晰 |
5.4 动态双足机器人可控周期运动的优化控制策略的研究尚不完善 |
5.5 动态双足机器人应用研究尚需深入 |
6 结论 |
(7)具有蠕动行走特性的管道机器人结构设计与性能分析(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 论文的选题背景及课题来源 |
1.2 国内外具有蠕动行走特性的管道机器人发展现状 |
1.2.1 国外研究现状 |
1.2.2 国内研究现状 |
1.3 轮式及履带式管道机器人研究现状 |
1.4 具有蠕动行走特征的管道机器人研究特点 |
1.5 蠕动管道机器人关键技术研究分析 |
1.6 蠕动管道机器人技术研究的发展趋势 |
1.7 论文的研究目标与思路及章节安排 |
1.7.1 研究目标 |
1.7.2 研究思路 |
1.7.3 文章的章节结构 |
第二章 类蠕动行走特征的管道机器人机构综合 |
2.1 管道内作业常见载体的运动性能分析与比较 |
2.1.1 攀爬性能的局限性分析 |
2.1.2 运动机体侧翻的可能性分析 |
2.1.3 运动机体与管内障碍物发生刚性碰撞及后果分析 |
2.1.4 常规柔性蠕动结构运动性能及效率的局限性分析 |
2.1.5 在下降坡度较大的管道环境中工作局限性研究 |
2.1.6 管道作业过程中位置定位精度能力分析 |
2.2 满足立体管道网络工作载体运动性能的提出 |
2.3 类蠕动行走管道机器人概念的提出与运动机理分析 |
2.4 类蠕动管道机器人构型综合 |
2.4.1 类蠕动管道机器人支撑结构方案比较与选择 |
2.4.2 类蠕动机器人主驱动结构方案构型研究 |
2.4.3 等距传动方案的结构综合 |
2.4.4 中间软轴结构方案选择 |
2.5 类蠕动管道机器人整体构型与运动原理和特性分析 |
2.6 类蠕动管道机器人瞬时运动状态分析与后机体运动位移测算 |
2.7 类蠕动管道机器人力的综合 |
2.7.1 完成水平行走时力的约束条件 |
2.7.2 竖直管道下实现行走所满足的力的条件 |
2.7.3 自适应管径变化性能及约束分析 |
2.8 本章小结 |
第三章 类蠕动行走管道机器人力学特性与过弯姿态分析 |
3.1 自适应管径变化的支撑结构中弹簧参数设计可行性分析 |
3.2 类蠕动管道机器人力学特性分析 |
3.2.1 水平管道作业中的受力分析 |
3.2.2 水平弯管道受力研究 |
3.2.3 竖直管道受力状态研究 |
3.2.4 竖直管道中通过弯道时受力分析 |
3.3 类蠕动管道机器人通过弯道时运动姿态分析 |
3.4 类蠕动管道机器人自适应管径变化能力计算 |
3.5 类蠕动管道机器人运动仿真研究 |
3.6 类蠕动管道机器人运动控制策略研究 |
3.7 类蠕动行走管道机器人控制电路设计 |
3.7.1 测距传感器的对比与选择 |
3.7.2 压力传感器的选择 |
3.7.3 控制电路设计与控制板开发 |
3.8 本章小结 |
第四章 类蠕动行走机器人样机设计与研制及实验研究 |
4.1 适应200mm管径的类蠕动机器人参数设计与部件选型 |
4.1.1 设计指标的提出 |
4.1.2 关键部件选型 |
4.1.3 结构件设计 |
4.1.4 驱动输出单元结构设计 |
4.2 适应200mm管径的类蠕动管道机器人关键结构材料选择研究 |
4.2.1 固定架极限应力下的变形分析 |
4.2.2 自适应管径变化的支撑结构材料选择与应力分析 |
4.2.3 滚轮架材料选择及应变仿真分析 |
4.3 适应200mm管径工作的类蠕动管道机器人误差影响分析 |
4.4 适应200mm管径的类蠕动管道机器人实验研究 |
4.4.1 水平管道环境下机器人性能实验 |
4.4.2 竖直管道环境下的机器人性能实验 |
4.4.3 综合实验研究 |
4.5 样机与常用管道内运动载体的运动性能对比 |
4.6 本章小结 |
第五章 大推力直线管道作业的蠕动机器人结构综合与力学特性研究 |
5.1 管道作业中的大驱动力性能需求分析 |
5.2 常规管内作业载体结构的攀爬及负载能力对比 |
5.2.1 轮式及履带式机器人在倾斜管道中的负载性能分析 |
5.2.2 张紧式结构攀爬及大负载性能的局限性分析 |
5.3 非常规运动结构实现管道内大负载特性的方案对比与选择 |
5.4 具有大推力特性的直线管道工作的蠕动机器人结构综合 |
5.4.1 力传递结构单元方案比较与构型综合 |
5.4.2 适应管径微变的支撑机构方案比较与构型 |
5.4.3 连接结构的方案选择 |
5.4.4 具有大推力特性的蠕动机器人整机构型及行走机理阐述 |
5.5 大推力直线管道中工作的蠕动机器人运动综合 |
5.6 大推力直线管道下蠕动管道机器人力的综合 |
5.6.1 大推力水平管道中蠕动机器人姿态平移时的力学特性分析 |
5.6.2 中心线重合时后向制动单元的垂直攀爬性能研究 |
5.6.3 蠕动机器人姿态平移且偏转时驱动力受参数的影响分析 |
5.6.4 水平管道下轴线重合时行走特性研究 |
5.6.5 倾斜管道下机器人蠕动行走特性研究 |
5.7 蠕动管道机器人整体结构与运动仿真研究 |
5.8 本章小结 |
第六章 大推力蠕动管道机器人样机研制与优化及实验研究 |
6.1 适应200mm管径的大推力直线管道下蠕动机器人弹簧参数设计 |
6.1.1 支撑轮中弹簧参数设计 |
6.1.2 后向制动结构单元中扭转弹簧参数设计 |
6.2 满足负载性能要求的传动结构参数设计与选型 |
6.3 具有大扭矩特性的驱动电机选型 |
6.4 适应200mm管径作业的大推力蠕动机器人关键部件受力分析 |
6.5 材料选择对性能的影响研究 |
6.5.1 支撑结构单元材料选择研究 |
6.5.2 工作管道磨损及后向制动结构的材质选择对运动性能影响研究 |
6.5.3 机体结构件材料对性能影响分析 |
6.6 机体优化对运动性能影响分析 |
6.6.1 机体优化的需求与优化设计 |
6.6.2 机体优化后规则障碍物通过能力分析 |
6.7 优化后结构件材料选择影响分析 |
6.8 蠕动机器人大推力及优化后规则避障能力实验研究 |
6.8.1 大推动力性能实验环境搭建与实验过程 |
6.8.2 规则避障能力实验环境搭建与实验过程 |
6.8.3 实验结果及结论 |
6.8.4 直线管道内大推力作业要求的载体与样机性能对比 |
6.9 本章小结 |
第七章 论文研究总结及展望 |
7.1 论文研究总结 |
7.2 论文的创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
攻读学位期间发表论文及参加课题情况 |
致谢 |
(8)基于气动人工肌肉的人工腿运动控制研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 国内外研究现状概述 |
1.2.1 仿人机器人的国内外研究现状 |
1.2.2 气动人工肌肉的国内外研究现状 |
1.3 课题相关技术的研究 |
1.4 课题研究意义、内容及方法 |
1.4.1 课题的研究意义与实用价值 |
1.4.2 主要研究内容和方法 |
第2章 人工腿的结构系统设计 |
2.1 人工腿的结构设计 |
2.1.1 髋关节的结构设计 |
2.1.2 膝关节的结构设计 |
2.1.3 踝关节的结构设计 |
2.2 人工腿的驱动装置选择 |
2.2.1 髋关节和踝关节的驱动装置 |
2.2.2 膝关节的驱动方式 |
2.2.3 气动人工肌肉的选择 |
2.3 基于PRO/E的人工腿三维运动仿真 |
2.4 系统元件选型 |
2.4.1 关节驱动器 |
2.4.2 气动控制阀 |
2.4.3 气动稳压装置 |
2.4.4 编码器 |
2.4.5 运动控制卡 |
2.4.6 其他硬件 |
2.5 本章小结 |
第3章 膝关节控制系统模型的建立 |
3.1 气动人工肌肉(PMA)实验建模 |
3.1.1 静态性能测试实验 |
3.1.2 静态数学模型的建立 |
3.1.3 气动人工肌肉动态模型 |
3.2 气动高速开关阀组的建模 |
3.2.1 气动高速开关阀的特性 |
3.2.2 PWM脉宽调制原理及在MATLAB中的应用 |
3.2.3 基于PWM的气动高速开关阀质量流量模型 |
3.2.4 气动高速开关阀组的等效质量流量模型 |
3.3 膝关节数学模型 |
3.3.1 膝关节控制原理 |
3.3.2 高速开关阀气动回路 |
3.3.3 膝关节动力学分析 |
3.3.4 膝关节控制对象建模 |
3.4 本章小结 |
第4章 人工腿膝关节运动控制策略仿真 |
4.1 控制信号的处理 |
4.2 膝关节的PID控制策略仿真 |
4.2.1 PID控制算法简介 |
4.2.2 膝关节PID控制模型的建立及仿真 |
4.3 膝关节的滑模变结构控制策略仿真 |
4.3.1 滑模变结构控制策略简介及基本原理 |
4.3.2 膝关节系统状态模型简化 |
4.3.3 滑模变结构控制系统设计 |
4.3.4 滑模变结构控制器仿真 |
4.4 本章小节 |
第5章 人工腿运动控制系统的实现 |
5.1 实验平台的开发 |
5.1.1 硬件方面 |
5.1.2 软件方面 |
5.2 人工腿控制系统的设计 |
5.2.1 髋关节和踝关节的控制方案 |
5.2.2 膝关节的控制方案 |
5.3 人工腿控制系统的实现 |
5.3.1 实验平台的搭建 |
5.3.2 关节步态轨迹的跟随实验 |
5.4 本章小结 |
第6章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读硕士学位期间发表的论文 |
(9)三维双足步行机器人的被动稳定行走控制方法研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 问题的提出及研究意义 |
1.2 国内外发展现状及存在问题 |
1.2.1 双足机器人的国内外研究现状 |
1.2.2 三维双足步行机器人的研究现状 |
1.2.3 国内外研究存在的问题 |
1.3 本文主要内容及章节安排 |
第2章 三维双足机器人动力学模型建立与控制研究 |
2.1 引言 |
2.2 可侧向摆动上身双足机器人混杂系统模型 |
2.2.1 连续摆动阶段的动力学特性 |
2.2.2 碰撞切换阶段的动力学特性 |
2.2.3 双足步行机器人的混合动力学模型 |
2.3 三维双足动态行走机器人动力学模型描述 |
2.3.1 三维双足机器人的运动学描述 |
2.3.2 带有可侧向摆动上身的双足机器人模型 |
2.3.3 双足步行机器人离散碰撞切换映射函数 |
2.4 三维双足机器人的混合零动态控制策略研究 |
2.4.1 虚拟约束思想的提出 |
2.4.2 基于虚拟约束的混合零动态算法 |
2.5 双足步行机器人动力学模型验证与分析 |
2.5.1 三维双足机器人运动学模型验证 |
2.5.2 基于混合零动态的双足机器人行走仿真 |
2.6 小结 |
第3章 双足步行机器人的 ADAMS 样机设计与分析 |
3.1 引言 |
3.2 欠驱动双足步行机器人实时仿真系统 |
3.2.1 仿真系统结构 |
3.2.2 基于机器人联合仿真行走的数据库开发 |
3.3 双足机器人虚拟样机的创建与参数化设计 |
3.4 基于遗传算法的样机参数辨识估计 |
3.4.1 倒立摆 ADAMS 样机模型分析 |
3.4.2 基于遗传算法的参数辨识 |
3.5 实验仿真结果分析 |
3.5.1 双足机器人 ADAMS 样机模型验证与分析 |
3.5.2 基于遗传算法的参数辨识结果与分析 |
3.6 小结 |
第4章 双足机器人虚拟样机稳定行走的联合仿真实现 |
4.1 引言 |
4.2 双足步行机器人的联合仿真行走算法设计 |
4.2.1 基于有限状态机的前向行走控制策略 |
4.2.2 双足机器人 ADAMS 样机的侧向控制策略 |
4.3 三维双足机器人 ADAMS 样机联合仿真行走实验 |
4.3.1 基于侧向力矩平衡控制策略的稳定行走 |
4.3.2 基于侧向与前向运动周期匹配的联合仿真行走 |
4.4 小结 |
第5章 全文总结 |
5.1 本文的研究背景与研究目标 |
5.2 本文完成的主要工作 |
5.3 进一步研究的问题 |
附录 |
附录 A 膝关节未锁死的三维双足机器人模型描述 |
附录 B 膝关节锁死的三维双足机器人模型描述 |
附录 C 双足机器人膝关节碰撞速度切换公式描述 |
附录 D 双足机器人脚触地碰撞速度切换公式描述 |
参考文献 |
作者简介及在学期间所取得的科研成果 |
致谢 |
(10)人体助力行走机器人关键技术分析(论文提纲范文)
1 人体助力行走机器人研究现状 |
1. 1 美国的人体助力行走机器人研究 |
1. 1. 1 洛克希德-马丁公司的人体助力行走机器人(HULC) |
1. 1. 2 雷神公司的人体助力行走机器人(XOS) |
1. 2 日本的人体助力行走机器人研究 |
1. 3 国外其他国家的人体助力行走机器人研究 |
1. 4 国内的人体助力行走机器人研究 |
2 关键技术 |
2. 1 人体助力行走机器人的结构设计 |
2. 2 人体助力行走机器人的驱动单元 |
2. 3 人体助力行走机器人的姿态感知系统 |
2. 4 人体助力行走机器人的行走控制策略 |
3 发展趋势 |
4 结束语 |
四、行走机器人控制策略研究(论文参考文献)
- [1]四足液压机器人三自由度阻抗控制研究[D]. 周洪旭. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [2]截瘫行走矫形器智能技术研究进展[J]. 张晓玉. 科技导报, 2019(22)
- [3]基于反应轮倒立摆的行走机器人控制系统设计[D]. 丁浩. 哈尔滨工业大学, 2019(01)
- [4]融合肌电信号的生物融合式助行外骨骼控制研究[D]. 张华建. 燕山大学, 2019(03)
- [5]套索驱动半被动下肢助力外骨骼研究[D]. 奚如如. 东南大学, 2017(01)
- [6]动态双足机器人的控制与优化研究进展[J]. 田彦涛,孙中波,李宏扬,王静. 自动化学报, 2016(08)
- [7]具有蠕动行走特性的管道机器人结构设计与性能分析[D]. 年四成. 北京邮电大学, 2016(02)
- [8]基于气动人工肌肉的人工腿运动控制研究[D]. 申明斌. 东北大学, 2015(06)
- [9]三维双足步行机器人的被动稳定行走控制方法研究[D]. 朱振超. 吉林大学, 2014(10)
- [10]人体助力行走机器人关键技术分析[J]. 王超,王玉林,宋慧新. 车辆与动力技术, 2014(01)