导读:本文包含了被动行走论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:双足机器人,伸缩腿,周期解,不动点
被动行走论文文献综述
张奇志,周亚丽[1]（2019）在《伸缩腿双足机器人半被动行走控制研究》一文中研究指出研究半被动伸缩腿双足机器人行走控制和周期解的全局稳定性问题.使用杆长可变的倒立摆机器人模型,以支撑腿的伸缩作为行走动力源,采用庞加莱映射方法分析了双足机器人行走的不动点及其稳定性.当脚与地面冲击时,假设两腿间的夹角保持为常数,设计了腿伸缩长度的支撑腿角度反馈控制率.证明了伸缩腿双足机器人行走过程不动点的全局稳定性.仿真结果表明,本文提出的腿伸缩长度反馈控制可以实现伸缩腿双足机器人在水平面上的稳定行走,并且周期步态对执行器干扰和支撑腿初始角速度干扰具有鲁棒性.(本文来源于《动力学与控制学报》期刊2019年01期）
王海虎,王青云,赵振[2]（2019）在《带膝关节非对称被动行走器的步态动力学建模与分析》一文中研究指出被动行走是一种高能效、步态自然的行走方式,被动行走器仅依靠重力就能在很小的下斜坡路面上呈现出稳定的周期步态。自20世纪90年代以来,被动行走器一直是机器人研究领域的热门研究方向。前人通过对人类行走过程中腿部肌肉的肌电信号变化规律的研究表明,人类行走时在蹬地过程中肌肉处于收缩状态,系统机械能增加,随后肌肉就开始进入放松状态,系统机械能基本不变,处于一种被动行走状态。这与被动行走器在斜面上的行走方式非常相似,这也表明以被动行走器为研究对象来研究人类行走是一种可行的方案。但在已经开展的被动行走器研究工作中,其研究对象基本为对称行走器,国外虽有部分学者开展过非对称被动行走器的相关研究,但其研究对象均为直腿行走器,这对于研究行走来说是不够全面,也不符合实际的。首先,直腿行走器是一种非常简单的行走器模型,在行走过程中,当左腿和右腿重合时,很容易出现刮地现象,虽说仿真中可以设臵一些条件将这种情况忽略,但物理样机却必须采取一些复杂措施来避免这一问题,而且这与人类实际行走情况是不符合的。其次,双足平衡稳定性在保障人类高效行走及安全的过程中有着重要作用,但现实中很多人由于腿部缺陷,其行走步态呈现出非对称现象,这不仅为他们的行走带来了困难,也给他们心理上造成了很大压力。调研结果表明,长短腿(Leg Length Discrepancy,是一种人体下肢结构或功能上不对称的症状)现象和非对称步态现象占总人口比例的70%左右,其腿长差异从3mm到60mm不等。此外,在对称被动行走器样机或双足机器人制作过程中,由于加工误差的存在,结构非对称现象也会出现。由此可见,我们有必要针对带膝关节且具有非对称结构的被动行走器开展更为深入的研究。因此,我们基于前人在对称被动行走器上的研究成果,以带膝关节非对称被动行走器模型(以下简称模型)为研究对象,首先采用Lagrange方法建立其左右腿分别支撑时的连续动力学方程,再运用冲量动量方法获得其中的碰撞映射方程,进而得到模型的复合混杂系统方程。然后在MATLAB平台上,运用事件驱动法建立模型的数值仿真模型,利用点映射方法得到了模型稳定运动的初始条件,首先将模型设臵为对称结构,通过数值仿真与前人的研究结果进行比对,验证数值仿真模型的正确性;然后我们研究了非对称被动行走器的左右腿长度比例(左右腿质量及转动惯量随腿长变化)对模型的行走周期、大小腿的最大摆动角度、速度等步态特征的影响,在此,我们以腿长比例为分岔参数,得到了行走器步态随腿长比例变化的分岔图;此外,我们还研究了斜面倾角对非对称被动行走器步态的影响,并以斜面倾角为分岔参数,得到了行走器步态随斜面倾角变化的分岔图。研究表明只要存在非常小的结构非对称差异,行走器就会出现双倍周期的跛行步态,在腿长差异达到一定程度时,将会出现四倍周期的步态,继续变化腿长比例,会继续出现八倍周期、十六倍周期,进而演化为混沌步态。在腿长比例达到某一零界点之后,将再也不能找到稳定的被动行走步态。在斜面倾角变化时,非对称被动行走器的步态也会出现类似的倍周期分岔现象,当将其与对称情况进行对比时会发现,非对称模型会将行走器的分岔点提前很多,而且也更容易摔倒。以上结论与临床上长短腿症状的一些研究结果是非常吻合的。综上所述,通过对带膝关节非对称被动行走器的研究,不仅可以进一步完善双足机器人领域的研究工作,进而为有驱动双足机器人的设计制作提供借鉴和依据,还可以为临床病理性非对称步态治疗、外骨骼助力设备研制、义肢设计以及假肢适应性训练提供理论指导。(本文来源于《北京力学会第二十五届学术年会会议论文集》期刊2019-01-06）
杨龙[3]（2018）在《带有摆臂的被动步行机器人行走步态及稳定性研究》一文中研究指出被动步行机器人因为耗能低、步态自然、结构简单的优点,已经成为步行机器人研究领域中的一个热点。现有被动步行机器人研究中,多数没有考虑手臂的摆动对系统性能的影响,即使考虑了手臂摆动影响的,其模型也过于简单,与人体手臂摆动的实际情况有较大的差别。自然的进化,使得人体各个部分的运动协调成为完美的系统。本文试图建立更加接近人体步行摆臂的模型,对被动步行机器人的步态及其稳定性进行分析。本文将摆臂运动简化弹簧—阻尼振子系统的运动,增加了等效弹簧刚度、等效阻尼系数和等效摆臂夹角叁个参数摆臂参数。建立了带有摆臂的被动步行机器人动力学模型,确定了机器人摆臂参数的混沌边缘,分析了摆臂参数变化对机器人步态及其稳定性的影响。本文主要研究工作和结论如下:1、提出了一种新的带有手臂的被动步行机器人的分析模型,利用劳斯方程建立了该带有摆臂的被动步行机器人的动力学模型。2、通过对动力学模型的数值仿真,确定了被动步行机器人的单参数和叁参数混沌边缘。研究结果表明:机器人的混沌步态与摆臂参数存在一定的关系。从单参数来看,在等效弹簧刚度较大,或者等效阻尼系数较小,或者等效摆臂夹角较小时,均会使得被动步行机器人处于混沌步态。由叁参数混沌边缘可以看出,等效摆臂夹角较大时,使得被动步行机器人处于混沌步态的参数数量较少。3、研究了不同的等效弹簧刚度、等效阻尼系数和等效摆臂夹角等摆臂等参数对机器人单周期步态的步长和平均步行速度等步态特性影响。确定了具有较快平均步行速度的参数组合。研究结果表明,机器人步态特性随着参数的改变会发生复杂的变化。4、针对摆臂对被动步行机器人稳定性的影响的问题,使用Floquet乘子法研究了摆臂参数对机器人稳定性的影响,并探索出了具有较高稳定性的摆臂参数组合。(本文来源于《西南交通大学》期刊2018-05-01）
田文龙,张奇志,周亚丽[4]（2018）在《脉冲推力作用的伸缩腿机器人半被动行走控制》一文中研究指出针对双足机器人半被动行走过程造成能量损失问题,提出了足部运用脉冲推力,腿部添加伸缩装置,两者结合补充损失能量的新思路。被动行走机器人可以在摆动腿与地面冲击造成能量损失瞬间,通过支撑腿足部的脉冲推力做功,或在行走过程中通过支撑腿的伸缩做功,来补充损失能量。将两种能量补充方式相结合,使用杆长可变的倒立摆机器人模型,以支撑腿的伸缩做功和支撑腿离开地面前的脉冲推力做功作为机器人行走的能量补充,采用庞加莱映射方法分析了双足机器人行走的固定点的存在性及系统稳定性,并通过系统仿真验证了这一思路的正确性。仿真结果表明,采用脉冲推力做功与伸缩腿做功相结合的方法,可以实现双足机器人地面上更快速稳定的行走。(本文来源于《北京信息科技大学学报(自然科学版)》期刊2018年02期）
张奇志,周亚丽[5]（2017）在《伸缩腿双足机器人半被动行走控制研究》一文中研究指出"被动行走"双足机器人不需要任何驱动装置,由两连杆铰接组成的双腿机构能够在重力的作用下沿小倾角斜面向下稳定行走。因为冲击的能量损失,在水平面上纯被动行走机器人不能持续行走。本文采用伸缩腿结构,通过腿部伸缩为系统输入能量,同时解决直腿双足机器人摆动腿的擦地问题。本文将研究伸缩腿双足机器人控制的能量平衡机制,并对腿伸缩控制策略和周期行走步态生成机制进行详细分析。7.动力学模型双足行走机器人模型由髋关节铰接两个可伸缩的刚性直腿构成,忽略腿的质量,在腿摆动阶段,支撑腿与地面接(本文来源于《第十届全国多体动力学与控制暨第五届全国航天动力学与控制学术会议论文摘要集》期刊2017-09-22）
刘丽梅,王慧敏[6]（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）
郑旭东,王琪,王晓军,张润森[7]（2016）在《圆弧足被动行走器非光滑动力学仿真研究》一文中研究指出被动行走器是一种可仅依靠自然力以及其自身结构,而实现稳定行走的一种机构。被动行走概念最早是McG eer在1989年提出的。国外有许多对被动行走器的仿真研究均基于McG eer的假设,即将被动行走过程视为两腿交替铰接于地面的倒立摆模型;足地发生碰撞时,应用角动量守恒假设计算系统碰撞后的两个腿的角速度。虽然取得了很多有意义的成果,然而也存在以下不足:难以分析足地接触时可能存在的滑动现象;难以分析足地接触过程的非完全塑性碰撞现象;不能分析两腿同时着地的情况。在国内,北航的段文杰基于库仑干摩擦模型和牛顿碰撞恢复系数方法,建立了被动行走器的动力学模型;利用线性互补方法,给出了被动行走器时间步进算法,能够仿真足地间完全塑性碰撞下无滑动和有滑动的两种行走步态,但该方法需假设动静摩擦系数相等。清华大学的祁峰,基于赫兹粘弹性接触模型,建立了被动行走器的动力学模型,用实验和数值仿真方法验证了该模型的合理性,但其中足地间的摩擦采用的是修正的库伦摩擦模型,不易全面反应静摩擦力特性。本文在上述研究工作的基础上,采用不同于McG eer的假设,在足地接触过程中,法向采用赫兹粘弹性接触模型,将法向接触力表示为局部变形量以及该变形量对时间的一阶导数的非线性函数,可以较好地描述足地间的接触力;切向采用库伦干摩擦模型,可以较好地反映足地间粘滞-滑移(stick-skip)现象;应用第二类Lagrange方程建立了被动行走器的动力学方程,应用线性互补方法,给出了基于事件驱动法的数值计算方法,对被动行走过程进行了数值仿真。本文通过选择合适的系统参数和初始条件,分别仿真了足地间支撑腿无弹跳无滑动、支撑腿无弹跳有滑动,支撑腿有弹跳无滑动,以及走动几步后静止站立等四种情况,验证了本文给出被动行走器力学模型以及数值算法的的合理性和有效性,该方法更易于全面分析被动行走器的动力学特性。(本文来源于《第十届动力学与控制学术会议摘要集》期刊2016-05-06）
李永[8]（2016）在《窄足3D半被动行走器步态稳定性与研究》一文中研究指出半被动行走器以其步态自然拟人、能耗低、控制简单等优点成为研究机器人研究领域的重点研究对象之一。自19世纪末到现在,各国研究者都推出了自己的半被动行走器。这些半被动行走器有的是2D半被动行走器,有的是3D半被动行走器,但是两种半被动行走器都有很显着的缺点,本文针对这些缺点提出了窄足3D半被动行走器的设计及其建模方法。主要工作如下:1)通过对国内外半被动行走器的研究分析,总结出现存的3D半被动行走器普遍具有宽大的足部作支撑、物理建模过程极其复杂等问题。本文创新性的提出具有小巧足部的3D半被动行走器的设计,并通过动态行走解决了半被动行走器的平衡问题。此外本文提出了一种简化3D模型的建模方式,该建模方式将叁维面内半被动行走器的运动分解为两个矢量面内的运动,同时分别对这两个矢量面内的运动建立动力学模型并进行分析。通过这种建模方式可以在很大程度上简化3D半被动行走器的建模过程,并且能够很好的揭示出3D半被动行走器的运动机理。2)分别对两个矢量面内模型的运动特性做单独分析,运用庞加莱映射、牛顿迭代法等数值仿真法,分析两个矢量面内的模型运动特性及其稳定性,然后再改变可控参数,分析参数变化后对模型运动特性的影响,这样的参数分析对实际样机的研制起到了指导意义。3)针对窄足3D半被动行走器的运动特性,提出了基于角度不变的PID控制策略。通过这种控制策略,窄足3D半被动行走器能够实现动态行走并稳定运行。为了进一步验证模型及控制策略的可实施性,在仿真软件Admas中构建出与实际环境相同的物理环境,并验证模型和该控制策略的正确性及有效性。4)根据建模仿真和运动特性分析的结果,研制出实际的物理样机,而且样机的各部分参数是根据建模仿真和运动特性分析中推荐的参数来确定的,并且在实际样机中通过反复试验的方式来验证基于角度不变的PID控制策略的可实施性(本文来源于《重庆邮电大学》期刊2016-05-01）
唐俊[9]（2016）在《伸缩腿被动行走器的动力学建模与仿真》一文中研究指出仿人机器人因为适合人的生活工作环境,所以是未来的发展趋势。而行走是仿人机器人最基本的功能,成为这项研究的关键基础。目前仿人机器人大多采用主动行走方式,通过精确控制关节的ZMP轨迹来模仿人的步态,从而导致它们过于昂贵、沉重、复杂和低效。而被动行走具有结构简单、步态自然、能耗低等诸多优点,成为突破该难题的新途径。目前,被动行走的基础模型主要有简单被动行走模型、Compass模型和简单带上体被动模型等叁个,但均存在脚擦地问题而不能直接应用。为此,本文在简单被动行走模型的基础上,提出全新的伸缩腿被动行走模型。在不增加自由度的前提下,克服了脚擦地的问题,同时该模型还具有自带被动上体、驱动简单高效等优点。主要工作如下:1.设计出伸缩腿被动行走模型解决被动行走脚擦地问题,并利用Newton-Euler正交法推导出该模型的动力学方程。2.结合Poincaré映射方法,提出了新的不动点(平衡点)搜索算法。通过该算法寻找出伸缩腿被动行走模型的稳定参数,并通过分析典型步态特性总结该模型的步态特性。3.通过伸缩腿被动行走模型大斜坡步态仿真和误差初始值步态仿真的分析,得出该模型相比传统基础被动行走模型具有更高的稳定性。4.对伸缩腿被动行走模型的各个参数进行分析,总结各参数的意义以及对该模型步态的影响。5.使用ADAMS软件对伸缩腿被动行走模型进行虚拟样机仿真。通过对比虚拟样机仿真与数值仿真结果,验证了该模型动力学建模和数值仿真的正确性。本文主要提出一种新型的伸缩腿被动行走模型,并通过动力学建模分析该模型的各参数和步态特性为后续样机的研制提供理论指导。在2015年10月27日,基于伸缩腿被动行走模型而设计的行走器样机——“行者一号”,打破了由Ranger保持多年的单次行走最远距离的世界纪录,更说明了本论文研究的伸缩腿被动行走模型的价值。(本文来源于《重庆邮电大学》期刊2016-05-01）
刁建[10]（2016）在《对分上体双足被动行走器的设计与控制方法研究》一文中研究指出传统主动步行机器人通过精确控制行走时的关节角度和身体姿态实现仿人行走,这种控制方式使得机器人步态笨重且能耗过大,成为长期制约机器人发展的难题。而基于被动行走理论设计的机器人可以充分依靠自身的动力学特性,使得行走过程步态自然、能耗低,为步行机器人研究提供了全新的方向。目前对被动行走的研究主要集中在理论研究上,对于模型样机的研究相对较少。因此,本文基于Wisse的带上体被动行走模型研制了一款全新的带上体被动行走机器人样机。首先,本文利用牛顿-欧拉方法推导数学模型,得出模型摆动阶段和碰撞阶段动力学方程。通过动力学仿真改变模型参数,发现参数对模型步态、速度、步长和稳定性有不同影响,为后文样机研制提供了参考。其次,利用伞齿结构的特性设计髋部结构,解决了样机对分上体问题。设计主动驱动下体结构,结合样机系统硬件和软件控制单元,建立了带上体、膝关节和踝关节的被动行走机器人样机。然后,采用步态合成方法得出了机器人行走步态。控制方面根据伺服电机的运动特性提出了电机目标输出角度控制方法,同时结合时间状态轮询机制,实现了机器人行走步态控制。最后,采用Webots进行步态仿真,初步验证了整体设计的可行性。结合仿真结果,通过改进行走参数,实现了物理样机在平地上稳定行走,进一步验证了机器人样机设计的正确性。本文扩充了被动行走理论在模型样机方面的研究。利用伞齿结构解决了样机上体对分问题,降低了机器人的控制难度。采用单驱动器方案实现两个关节同时转动,提高了行走效率,减少了设计成本。提出了基于步态合成的机器人行走步态研究方法,结合电机目标输出角度控制方法与时间状态轮询机制,有效的实现了机器人行走控制,解决了机器人行走控制问题。(本文来源于《重庆邮电大学》期刊2016-04-15）
被动行走论文开题报告
（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：
被动行走是一种高能效、步态自然的行走方式,被动行走器仅依靠重力就能在很小的下斜坡路面上呈现出稳定的周期步态。自20世纪90年代以来,被动行走器一直是机器人研究领域的热门研究方向。前人通过对人类行走过程中腿部肌肉的肌电信号变化规律的研究表明,人类行走时在蹬地过程中肌肉处于收缩状态,系统机械能增加,随后肌肉就开始进入放松状态,系统机械能基本不变,处于一种被动行走状态。这与被动行走器在斜面上的行走方式非常相似,这也表明以被动行走器为研究对象来研究人类行走是一种可行的方案。但在已经开展的被动行走器研究工作中,其研究对象基本为对称行走器,国外虽有部分学者开展过非对称被动行走器的相关研究,但其研究对象均为直腿行走器,这对于研究行走来说是不够全面,也不符合实际的。首先,直腿行走器是一种非常简单的行走器模型,在行走过程中,当左腿和右腿重合时,很容易出现刮地现象,虽说仿真中可以设臵一些条件将这种情况忽略,但物理样机却必须采取一些复杂措施来避免这一问题,而且这与人类实际行走情况是不符合的。其次,双足平衡稳定性在保障人类高效行走及安全的过程中有着重要作用,但现实中很多人由于腿部缺陷,其行走步态呈现出非对称现象,这不仅为他们的行走带来了困难,也给他们心理上造成了很大压力。调研结果表明,长短腿(Leg Length Discrepancy,是一种人体下肢结构或功能上不对称的症状)现象和非对称步态现象占总人口比例的70%左右,其腿长差异从3mm到60mm不等。此外,在对称被动行走器样机或双足机器人制作过程中,由于加工误差的存在,结构非对称现象也会出现。由此可见,我们有必要针对带膝关节且具有非对称结构的被动行走器开展更为深入的研究。因此,我们基于前人在对称被动行走器上的研究成果,以带膝关节非对称被动行走器模型(以下简称模型)为研究对象,首先采用Lagrange方法建立其左右腿分别支撑时的连续动力学方程,再运用冲量动量方法获得其中的碰撞映射方程,进而得到模型的复合混杂系统方程。然后在MATLAB平台上,运用事件驱动法建立模型的数值仿真模型,利用点映射方法得到了模型稳定运动的初始条件,首先将模型设臵为对称结构,通过数值仿真与前人的研究结果进行比对,验证数值仿真模型的正确性;然后我们研究了非对称被动行走器的左右腿长度比例(左右腿质量及转动惯量随腿长变化)对模型的行走周期、大小腿的最大摆动角度、速度等步态特征的影响,在此,我们以腿长比例为分岔参数,得到了行走器步态随腿长比例变化的分岔图;此外,我们还研究了斜面倾角对非对称被动行走器步态的影响,并以斜面倾角为分岔参数,得到了行走器步态随斜面倾角变化的分岔图。研究表明只要存在非常小的结构非对称差异,行走器就会出现双倍周期的跛行步态,在腿长差异达到一定程度时,将会出现四倍周期的步态,继续变化腿长比例,会继续出现八倍周期、十六倍周期,进而演化为混沌步态。在腿长比例达到某一零界点之后,将再也不能找到稳定的被动行走步态。在斜面倾角变化时,非对称被动行走器的步态也会出现类似的倍周期分岔现象,当将其与对称情况进行对比时会发现,非对称模型会将行走器的分岔点提前很多,而且也更容易摔倒。以上结论与临床上长短腿症状的一些研究结果是非常吻合的。综上所述,通过对带膝关节非对称被动行走器的研究,不仅可以进一步完善双足机器人领域的研究工作,进而为有驱动双足机器人的设计制作提供借鉴和依据,还可以为临床病理性非对称步态治疗、外骨骼助力设备研制、义肢设计以及假肢适应性训练提供理论指导。
（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。
被动行走论文参考文献
[1].张奇志,周亚丽.伸缩腿双足机器人半被动行走控制研究[J].动力学与控制学报.2019
[2].王海虎,王青云,赵振.带膝关节非对称被动行走器的步态动力学建模与分析[C].北京力学会第二十五届学术年会会议论文集.2019
[3].杨龙.带有摆臂的被动步行机器人行走步态及稳定性研究[D].西南交通大学.2018
[4].田文龙,张奇志,周亚丽.脉冲推力作用的伸缩腿机器人半被动行走控制[J].北京信息科技大学学报(自然科学版).2018
[5].张奇志,周亚丽.伸缩腿双足机器人半被动行走控制研究[C].第十届全国多体动力学与控制暨第五届全国航天动力学与控制学术会议论文摘要集.2017
[6].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
[7].郑旭东,王琪,王晓军,张润森.圆弧足被动行走器非光滑动力学仿真研究[C].第十届动力学与控制学术会议摘要集.2016
[8].李永.窄足3D半被动行走器步态稳定性与研究[D].重庆邮电大学.2016
[9].唐俊.伸缩腿被动行走器的动力学建模与仿真[D].重庆邮电大学.2016
[10].刁建.对分上体双足被动行走器的设计与控制方法研究[D].重庆邮电大学.2016