导读:本文包含了双足被动步行论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:仿生设计,完全被动行走,质量分布,运动力学
双足被动步行论文文献综述
宋国风[1]（2017）在《具有质量分布特征的仿生双足完全被动步行机》一文中研究指出主动双足行走机器人大多存在能耗高、效率低、步态不自然、控制系统复杂等问题,尤其先进的仿人机器人需要大量的能源,增加了凭借电池存储能源的困难,严重制约其应用发展前景。人类是直立行走的高级动物,灵巧的运动机构和机敏的运动模式使其成为了双足行走方面的专家,能够在各种复杂的环境中实现稳定、高效、自然的行走。在行走方面,人类相比主动机器人具有能量消耗低、行走稳定、步态自然等显着特点,从而为新型双足步行机的研制提供了天然的生物模本。基于被动行走动力学的机器人比主动步行机器人在步态自然和能量消耗方面均体现出一定的优势,但在步态和能效方面与人类本身相比还存在着很大的差距。为了充分借鉴大自然赋予人类在行走时所具有的动力学特性,从仿生学角度出发,本文选择人体下肢作为仿生原型,对具有类似人体下肢质量分布特征的完全被动双足仿生步行机进行了仿生研究,以期为新型节能双足步行机的研制提供重要技术参考。本文利用运动学数据采集装置记录了在常速行走过程中人体下肢膝关节和踝关节的关节角度变化规律,研究发现,在一个完整的步态周期内,踝关节角度的变化范围为74.14-122.96度,膝关节角度的变化范围为115.54-179.53度。基于美国“虚拟人”数据,通过叁维建模软件Amira建立人体下肢骨骼-肌肉系统叁维实体模型;结合解剖学,将骨骼-肌肉模型分割为大腿、小腿、足部叁个环节,基于Solidworks软件对该模型中的骨骼和肌肉等组织分别赋予相应密度,计算了各组织的质量,并提取了各环节的质量、质心坐标、惯性主轴、总体长度等相关数据。基于所提取的数据对功能性髋关节、膝关节、踝关节及大、小腿和足部的进行了仿生设计。考虑到肌肉在运动中的功能特性,本文选择在样机的膝关节及踝关节等处分别添加弹簧等柔性元件,并采用机加工制造出了完全被动仿生步行机的大腿、小腿、髋关节轴以及连接杆等部件。结合ProJet 5500X多材料3D打印机,选用ABS树脂材料,打印出了髋关节轴、髋关节轴套、髋关节套筒、膝关节轴套、轴承套筒、膝关节轴、踝关节连接件、踝关节底座以及足等具有相对复杂结构特征的部件。基于研制的具有质量分布特征的完全被动双足步行机,本文基于试验设计测试了在腿长、大小腿质量比以及腿间距叁个因素下完全被动仿生步行机的行走距离和速度,并通过正交试验得出了影响仿生步行机行走距离和速度的显着因素,均为腿间距,最优组合是腿间距140mm,大小腿质量比3.27,腿长280mm。仿生步行机的最大步幅和步速均出现在最后一步,历时0.60s,步幅和步速分别为268.00mm、446.67mm/s。本文以人体下肢质量分布特征为仿生设计的切入点,开发了具有质量分布特征的完全被动仿生双足步行机,相关结论为新型双足机器人的开发与设计提供了新思路,具有重要的参考价值。(本文来源于《吉林大学》期刊2017-05-01）
刘鑫宇[2]（2017）在《双足准被动步行机器人及控制策略研究》一文中研究指出实现类人的稳定、高效及自然的步态一直是双足步行机器人研究领域的研究目标,被动动态步行为实现高效自然的类人步行、设计更加类人的机器人提供了新的思路。对被动步行的研究有助于更深入的了解人类行走机理,对受损肢体康复也有很大借鉴意义。然而,由于被动机器人对步行初值及外界扰动都极其敏感,其步行稳定性及多样性有待进一步加强,相关的被动动态步行机理及相应的控制策略也有待更深入的研究。本文以研制出具有稳定、高效、自然及多样性步态的准被动双足步行机器人为目标,对动力学建模、基于步行性能及稳定性分析的结构参数优化、结构设计及步行控制策略进行深入研究。建立有躯体、膝关节及踝关节的含双支撑阶段动力学模型。该模型不仅含有双足与地面同时接触的双支撑阶段,且步行阶段划分与人类步行过程类似,步态更自然。针对双支撑阶段动力学系统为含多余坐标的完整系统这一问题,基于虚功原理及拉格朗日第一类方程建立双支撑阶段及摆动阶段的动力学方程;基于角动量定理及微分形式的约束方程建立碰撞阶段的动力学方程。针对系统变量数较多时较难搜索到不动点的问题,提出以摆动腿碰地前瞬间作为庞加莱截面构建庞加莱映射的不动点搜索方法,将系统的独立变量数由5个降低为3个,以提高动力学模型不动点搜索的成功率,并降低基于胞映射法的遍历式吸引域搜索法的搜索时间。获取模型的不动点,为被动动态步行机理研究提供必要条件。基于建立的动力学模型,分析结构参数对步行性能的影响。鉴于足部长度对双支撑阶段周期及足部碰地时刻有较大影响,结合足部长度与其他参数共同分析各参数对步长、步速、步行周期、双支撑阶段周期、膝关节锁定周期及最小足地间隙的影响。采用参量化建模方法对质心位置及质量进行建模,以保证理论分析结果与现实被动机器人设计的对应性;提出以相同初值为起点进行单步仿真来研究结构参数变化对步行性能影响的分析法,以消除初值的变化对步行性能分析产生的影响。揭示模型参数对步行性能影响呈现的总体规律,为机器人结构设计提供理论支撑,为控制策略设计提供有效思路。采用参量化建模方法对质心位置及质量等结构参数进行建模,基于步态敏感范数法研究各结构参数对被动机器人模型局部稳定性的影响,基于胞映射法研究各结构参数对全局稳定性的影响。基于步行稳定性研究及步行性能分析结果对被动机器人模型结构参数进行优化,在此基础上获得最优结构参数组合,为被动机器人结构设计奠定基础。设计准被动双足步行机器人机械结构,给出髋关节角平分机构、基于串联弹性驱动单元的柔性关节、膝关节锁定机构及平足踝关节的设计准则及具体实施方案。通过动力学仿真验证结构参数优化结果的正确性及准被动双足步行机器人结构布置的合理性。基于控制需求设计包含数据采集系统及运动控制系统的准被动双足步行机器人步行控制系统硬件。鉴于被动机器人包含多个欠驱动关节,无法对所有关节进行精确的轨迹跟踪控制,基于时不变虚拟约束原理及柔性关节串级PID控制设计被动机器人髋关节及踝关节控制策略。研究髋关节时不变虚拟力约束控制策略,通过控制被动机器人摆动腿角速度及步长,降低被动机器人向前及向后摔倒的概率,同时使被动机器人摆动腿充分利用自身动力特性,降低步行能耗;研究双支撑阶段支撑腿踝关节时不变拉动控制及摆动阶段摆动腿踝关节角度控制策略,通过调整摆动阶段支撑腿初始角度及角速度来协调摆动腿运动,提高多样性步行能力。研究各控制参数对步行速度、能耗及稳定性的影响,通过Adams/Matlab联合仿真对控制策略抗扰能力及调速能力进行验证。研制准被动双足步行机器人样机,设计控制系统软件,通过多组实验分别研究各控制参数对步行性能的影响并确定合理的控制参数值,验证各控制策略的有效性,实现自然、高效、稳定、同时具有一定抗扰能力及调速能力的多样性步行。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2017-03-01）
刘丽梅,王慧敏[3]（2016）在《基于被动行走原理的双足步行机器人的速度控制》一文中研究指出为了获得理想速度下的稳定行走步态,本文以带膝关节的双足步行机器人为研究对象,基于被动行走原理提出了一种步行速度控制方法。并通过仿真实验验证了算法的有效性。(本文来源于《数码世界》期刊2016年06期）
孙博文[4]（2016）在《面向双足被动步行机器人周期步态规划及混沌控制的动能成型方法的改进研究》一文中研究指出与传统的双足步行机器人相比,双足被动步行机器人具有行走能量利用效率高,具有仿生学行走特征等优点,目前已经成为双足步行机器人研究领域中的一个热点方向。针对双足被动步行机器人的周期步态规划问题,即在保持双足机器人被动行走的特点下,进一步提高机器人的行走速度的问题,已经提出了多种方法,动能成型方法则是其中一种新的、有效的控制方法。混沌是一种非线性系统中普遍存在的动力学行为。双足被动步行机器人作为一种典型的强非线性系统,同样存在着混沌现象。通常认为混沌会引起机器人的倾倒,对于双足被动步行机器人系统来说是有害的。因此,需要抑制混沌步态,即需要实施混沌控制；然而,近年来的研究发现人类行走过程中也存在着混沌步态,因此,激发混沌,利用双足被动步行机器人中的混沌又成为研究的热点。总之,混沌控制和反控制是双足被动步行机器人设计中的重要问题。本文重点研究面向双足被动步行机器人的动能成型方法。主要研究工作和结论如下：1、在充分研究现有面向双足被动步行机器人的动能成型方法基础上,对动能成型方法进行了改进。通过构造动能函数时引入初始相位,提出了一种新的动能函数的构造方法。为本文后续的研究工作奠定了基础。2、针对双足被动步行机器人的周期步态规划问题,利用穷举法可以确定出动能函数的最优初始相位的取值。通过数值仿真计算验证了改进的动能成型方法能够使系统获得更高的步行速度。研究了最优初始相位值与斜坡角度之间的关系、对动能成型方法控制效果的影响。研究了改进的动能成型方法施控下系统会出现的分岔现象。3、针对双足被动步行机器人的混沌控制和反控制问题,从能量的角度出发确定出了适用于构造动能函数最优初始相位值取值和幅值参数,实现了基于动能成型方法的双足被动步行机器人混沌控制和反控制。数值仿真结果验证了所提出控制方法的有效性。对动能成型方法在被动步行机器人混沌与反控制中的优缺点和控制过程中出现的现象进行了分析,对面向混沌控制与反控制问题与面向周期步态规划问题的构造动能函数初始相位值取值差异进行了分析和讨论。(本文来源于《西南交通大学》期刊2016-05-01）
胡峻峰,曹军[5]（2015）在《双足被动步行的全局稳定性分析》一文中研究指出在经典双足被动步行动力学模型的基础上,分析环境和力学参数影响下机器人被动步行的全局稳定性。计算不同模型参数下被动步行稳定不动点,采用胞胞映射计算得到不同模型参数下该动力学模型稳定单周期步态的吸引区域。研究发现双足被动步行的鲁棒性与其环境、力学参数关系密切,同时提出估计不动点吸引域形状的2个度量:最小半径与最大半径。实验结果给出被动步行稳定区域与斜坡倾角和质量比值的关系,同时通过分析某些偏离不动点较大的稳定吸引胞,以及吸引域的最小半径与最大半径的变化趋势,反映了双足被动步态的鲁棒性。(本文来源于《计算机工程》期刊2015年02期）
朱振超[6]（2014）在《叁维双足步行机器人的被动稳定行走控制方法研究》一文中研究指出近些年，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叁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。本文以叁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，着重研究了叁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叁维双足机器人模型。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叁维双足机器人动力学模型。2)侧向稳定控制是叁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叁维双足机器人模型，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，实现了叁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叁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模型与不带上身的叁维双足机器人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叁维周期动态行走。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，本文针对叁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。(本文来源于《吉林大学》期刊2014-06-01）
崔伟[7]（2013）在《有膝双足被动步行机器人的运动特性和稳定性研究》一文中研究指出如何实现机器人高效、自然和稳定的步行一直是机器人研究领域的重要方面，而被动步行概念的提出为该研究提供了一种崭新的思路。与低效、复杂和僵硬的主动步行相比，被动步行更加接近高效、简单和自然的人类步行。通过对被动步行的研究，可以更深入地了解动力学在人类步行中发挥的作用并探究人类步行的运动机理，进而为双足机器人的研制及实用化提供新的思路。本文提出了一种叁维有膝双足被动步行机器人模型，并以该模型为基础研究了有膝双足被动步行机器人的运动特性、局部稳定性和全局稳定性，深入分析了被动步行的运动机理。提出了一种叁维有膝双足被动步行机器人的物理模型。结合人类步行特点将模型的运动分解为矢状面和冠状面上的运动，并利用Lagrange方程和角动量守恒定律分别建立了其动力学方程，获得了其无量纲化混合动力学模型。结合庞加莱映射法、局部线性化和Newton-Raphson迭代法法，利用Matlab数值仿真求解了叁维有膝双足步行机器人矢状面运动的不动点，并以此为基础，分析了各参数变化对机器人周期运动的步长、周期、步速和最小足地间隙等矢状面运动特性的影响以及各参数变化和初始角速度变化对机器人冠状面运动特性的影响与其其显着性。提出了一种新型胞映射方法-逐级胞映射法(ZPCM)，获得了高精度的吸引胞位置和高可信度的吸引域分布，显着地提高了映射效率。基于ZPCM法和Floquet乘子理论，分析了大小腿质心位置、大小腿质量、足偏置角度和斜坡角度等参数变化对其运动的局部稳定性和全局稳定性的影响，获得了其运动稳定性的优化参数范围。以理论分析为指导，进行了参数优化配置，获得了优化参数组合并以此为参照研制了实体样机，重点设计了可靠高效的膝关节锁定结构。利用ADAMS进行了机器人实体样机的二维和叁维虚拟仿真，验证了其3D步行运动的稳定性分析，分析了其矢状面运动和冠状面运动的相互作用。通过大腿质心位置以及斜坡角度变化下的样机行走实验，验证了这两个参数变化对叁维有膝被动双足步行机器人运动稳定性的影响。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2013-07-01）
殷金龙[8]（2013）在《基于仿生学与被动行走原理的双足步行理论研究与稳定性分析》一文中研究指出双足步行机器人具备与人类相似的外形、能够代替人类做很多的工作，因而受到了很多学者的关注。经过半个多世纪的发展，主动双足步行机器人的研究取得了辉煌成就，但是能耗高、效率低、步态不自然等特点限制了它的推广使用。McGeer提出的被动动态步行原理为仿人机器人的发展打开了另一条思路，但是全被动的双足步行机器人行走环境单一且稳定性差，无法应用到实践。在此基础上，半被动双足步行机器人理论应运而生，其具备高效、高速、稳定的步态。本文对半被动双足步行机器人的机理和稳定性进行了研究。主要包括以下几个方面：通常理论研究中对机器人上身都采取了简化处理，以髋关节上一个质点代替，忽略了上身的作用，不利于机器人功能的拓展。本文以圆规机器人点质量模型为蓝本，利用角平分线机制添加了与腿部连杆联动的上身连杆，推导了模型的动力学方程并让其在无驱动加入的情况下依靠自身重力和惯性沿着5°斜坡向下行走。在仿真分析中将上身连杆质量和长度设为0，与相同参数的圆规机器人模型的极限环作比较，得到采用联动机构对系统所产生的影响。改变上身连杆的质量和长度参数，分别画出各角度随时间变化曲线和两脚间距离随时间变化曲线，得出上身连杆参数变化对机器人步行周期、步距和平均步行速度的影响，最终结论与人类本身特性相符合，可以用来指导以后上身连杆参数的选择。之后，放开联动机构对叁连杆圆规机器人系统的限制，使上身连杆与双腿都能够相互独立运动，推导了新的动力学方程，并且针对上身连杆设置了不动和摆动两种运动模式，分别添加控制律。探讨了上身连杆倾斜角度可选择范围与控制增益K之间的关系，当K取1时，上身连杆倾斜角度最大值能取到0.012rad，随着K值增大，上身连杆倾斜角度可选择范围增大。分别给出了两种运动模式下控制增益K、上身连杆倾角与机器人步行周期、双腿间夹角、平均步行速度之间的关系曲线，并进行了比较，使我们能够根据自身需求来选择运动模式和控制增益。稳定性分析是步行机器人研究中的重点和难点，目前广泛应用的稳定判据都有着各自的局限性。ZMP稳定判据只适用于带平面脚的主动双足步行机器人，庞加莱回归映射不动点的计算过于复杂且只适用于小扰动下稳定性分析。本文将双足步行机器人的行走过程拆分为一系列倒立摆的摆动过程，通过对质心角动量的分析构建了稳定程度衡量函数，并分析了其与质心角动量、质心位置等的关系，最后构造了叁连杆圆规机器人模型的稳定程度衡量函数，建立起其与机器人状态变量之间的关系，为以后的相关研究打下基础。(本文来源于《吉林大学》期刊2013-06-01）
刘鑫宇[9]（2011）在《准被动双足步行机器人样机研制及运动特性研究》一文中研究指出被动动力步行的设计思想要求其充分利用被动机器人自身的自然动力学特性,因此步行过程步态自然、能耗低。纯被动步行机器人仅依靠重力的作用就可以在斜坡上稳定行走,而准被动步行机器人能够依靠一定的控制在平地上稳定行走,步态同样自然。目前对准被动双足步行机器人的研究主要集中在控制方法对步行稳定性的影响及结构参数优化上,对步态的分析较少。为了更深入的研究准被动双足步行机器人的步态特征,本文研制了带躯体的准被动双足步行机器人样机,设计了能够调整刚度的串联弹性驱动单元,解决了膝关节的碰撞使稳定性降低的问题。深入研究并提出了准被动双足步行机器人的位置控制方法及电机目标输出角度的算法,解决了柔性驱动单元弹性元件伸长量计算不准确的问题。最终通过在ADAMS中对Pro/E中建立的样机仿真及实体样机试验来分析准被动双足步行机器人在平地上行走的步态特征,同时验证了结构参数及控制方法的正确性。首先,本文建立了被动双足步行机器人的动力学模型,对模型进行了结构参数优化。根据参数优化结果在ADAMS中建立了带躯体带膝关节的被动机器人仿真模型,根据仿真结果获得了被动机器人的在平地上行走的步态特征。其次,详细分析了柔性驱动单元的特点,指出了柔性驱动单元的刚度及平衡位置对准被动双足步行机器人步态特征的影响,并设计出了能够调整刚度的柔性驱动单元。在此基础上建立了带躯体及膝关节的准被动双足步行机器人的样机。然后,建立了摆动腿的转矩输入模型,并根据被动机器人动力学特性计算出了模型的控制参数。提出了准被动双足步行机器人的位置控制方法,结合驱动器特点提出了控制方法的具体实现方法,同时提出了计算电机目标输出角度的算法,解决了柔性驱动单元弹性元件伸长量计算不准确的问题。最后,通过Pro/E样机模型在ADAMS中仿真获得了准被动双足步行机器人在平地上行走的步态特征。最终通过实体样机实验,进一步分析了准被动双足步行机器人的步态特征,并验证了被动机器人结构参数、柔性驱动单元刚度及控制参数对步态特征的影响。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2011-06-01）
倪修华,陈维山,刘军考,石胜君[10]（2011）在《一种由人类步行启发的半被动双足步行机器人》一文中研究指出针对半被动双足步行机器人所采用的控制方法大多较为复杂,并且缺乏控制参数对机器人性能影响的定量分析,从人类步行的生物力学研究得到启发,提出一种半被动双足步行机器人的控制方法,并定量分析该控制方法各参数对机器人性能的影响。在机器人摆动腿与地发生碰撞后开始于髋关节处施加方波力矩,作为动力输入。采用步态敏感范数衡量机器人的稳定性,采用无量纲步行能耗衡量机器人的步行效率。以稳定性、效率和步行速度作为机器人性能评价指标,通过仿真得到力矩、力矩作用时间和斜坡角度3个参数对机器人性能的影响。由于力矩在1个步行周期中没有做负功,该机器人具有与人类步行相似的高能量效率。该机器人能够实现沿上坡、下坡和平地步行。(本文来源于《中南大学学报(自然科学版)》期刊2011年04期）
双足被动步行论文开题报告
（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：
实现类人的稳定、高效及自然的步态一直是双足步行机器人研究领域的研究目标,被动动态步行为实现高效自然的类人步行、设计更加类人的机器人提供了新的思路。对被动步行的研究有助于更深入的了解人类行走机理,对受损肢体康复也有很大借鉴意义。然而,由于被动机器人对步行初值及外界扰动都极其敏感,其步行稳定性及多样性有待进一步加强,相关的被动动态步行机理及相应的控制策略也有待更深入的研究。本文以研制出具有稳定、高效、自然及多样性步态的准被动双足步行机器人为目标,对动力学建模、基于步行性能及稳定性分析的结构参数优化、结构设计及步行控制策略进行深入研究。建立有躯体、膝关节及踝关节的含双支撑阶段动力学模型。该模型不仅含有双足与地面同时接触的双支撑阶段,且步行阶段划分与人类步行过程类似,步态更自然。针对双支撑阶段动力学系统为含多余坐标的完整系统这一问题,基于虚功原理及拉格朗日第一类方程建立双支撑阶段及摆动阶段的动力学方程;基于角动量定理及微分形式的约束方程建立碰撞阶段的动力学方程。针对系统变量数较多时较难搜索到不动点的问题,提出以摆动腿碰地前瞬间作为庞加莱截面构建庞加莱映射的不动点搜索方法,将系统的独立变量数由5个降低为3个,以提高动力学模型不动点搜索的成功率,并降低基于胞映射法的遍历式吸引域搜索法的搜索时间。获取模型的不动点,为被动动态步行机理研究提供必要条件。基于建立的动力学模型,分析结构参数对步行性能的影响。鉴于足部长度对双支撑阶段周期及足部碰地时刻有较大影响,结合足部长度与其他参数共同分析各参数对步长、步速、步行周期、双支撑阶段周期、膝关节锁定周期及最小足地间隙的影响。采用参量化建模方法对质心位置及质量进行建模,以保证理论分析结果与现实被动机器人设计的对应性;提出以相同初值为起点进行单步仿真来研究结构参数变化对步行性能影响的分析法,以消除初值的变化对步行性能分析产生的影响。揭示模型参数对步行性能影响呈现的总体规律,为机器人结构设计提供理论支撑,为控制策略设计提供有效思路。采用参量化建模方法对质心位置及质量等结构参数进行建模,基于步态敏感范数法研究各结构参数对被动机器人模型局部稳定性的影响,基于胞映射法研究各结构参数对全局稳定性的影响。基于步行稳定性研究及步行性能分析结果对被动机器人模型结构参数进行优化,在此基础上获得最优结构参数组合,为被动机器人结构设计奠定基础。设计准被动双足步行机器人机械结构,给出髋关节角平分机构、基于串联弹性驱动单元的柔性关节、膝关节锁定机构及平足踝关节的设计准则及具体实施方案。通过动力学仿真验证结构参数优化结果的正确性及准被动双足步行机器人结构布置的合理性。基于控制需求设计包含数据采集系统及运动控制系统的准被动双足步行机器人步行控制系统硬件。鉴于被动机器人包含多个欠驱动关节,无法对所有关节进行精确的轨迹跟踪控制,基于时不变虚拟约束原理及柔性关节串级PID控制设计被动机器人髋关节及踝关节控制策略。研究髋关节时不变虚拟力约束控制策略,通过控制被动机器人摆动腿角速度及步长,降低被动机器人向前及向后摔倒的概率,同时使被动机器人摆动腿充分利用自身动力特性,降低步行能耗;研究双支撑阶段支撑腿踝关节时不变拉动控制及摆动阶段摆动腿踝关节角度控制策略,通过调整摆动阶段支撑腿初始角度及角速度来协调摆动腿运动,提高多样性步行能力。研究各控制参数对步行速度、能耗及稳定性的影响,通过Adams/Matlab联合仿真对控制策略抗扰能力及调速能力进行验证。研制准被动双足步行机器人样机,设计控制系统软件,通过多组实验分别研究各控制参数对步行性能的影响并确定合理的控制参数值,验证各控制策略的有效性,实现自然、高效、稳定、同时具有一定抗扰能力及调速能力的多样性步行。
（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。
双足被动步行论文参考文献
[1].宋国风.具有质量分布特征的仿生双足完全被动步行机[D].吉林大学.2017
[2].刘鑫宇.双足准被动步行机器人及控制策略研究[D].哈尔滨工业大学.2017
[3].刘丽梅,王慧敏.基于被动行走原理的双足步行机器人的速度控制[J].数码世界.2016
[4].孙博文.面向双足被动步行机器人周期步态规划及混沌控制的动能成型方法的改进研究[D].西南交通大学.2016
[5].胡峻峰,曹军.双足被动步行的全局稳定性分析[J].计算机工程.2015
[6].朱振超.叁维双足步行机器人的被动稳定行走控制方法研究[D].吉林大学.2014
[7].崔伟.有膝双足被动步行机器人的运动特性和稳定性研究[D].哈尔滨工业大学.2013
[8].殷金龙.基于仿生学与被动行走原理的双足步行理论研究与稳定性分析[D].吉林大学.2013
[9].刘鑫宇.准被动双足步行机器人样机研制及运动特性研究[D].哈尔滨工业大学.2011
[10].倪修华,陈维山,刘军考,石胜君.一种由人类步行启发的半被动双足步行机器人[J].中南大学学报(自然科学版).2011