基于LIPM的双足机器人变步长行走规划 被引量：2

1

作者 冯帅 孙增圻 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第S1期121-124,共4页

为了提高双足机器人步行运动的灵活性,提出了一种基于线性倒立摆模型的双足步行规划算法.该算法首先根据所要达到的步长,获得支撑腿切换时质心的位置;然后,根据线性倒立摆模型的运动特性,计算出质心到达上述位置所需要的时间;最后,根据... 为了提高双足机器人步行运动的灵活性,提出了一种基于线性倒立摆模型的双足步行规划算法.该算法首先根据所要达到的步长,获得支撑腿切换时质心的位置;然后,根据线性倒立摆模型的运动特性,计算出质心到达上述位置所需要的时间;最后,根据该时间对摆动脚用正弦曲线进行规划,使之能够在恰当的时刻到达所需的落脚点位置进行支撑脚的切换.该算法可使双足机器人在运动中变化步长,很好地提高其步行的灵活性.通过真实机器人的实验,验证了该方法的有效性和实用性. 展开更多

关键词 双足机器人 步行规划 线性倒立摆模型

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基于四足机器人稳定性的对角步态规划 被引量：8

2

作者 李宏凯 李志 +2 位作者 郭朝龙 戴振东 李伟波 《机械设计》 CSCD 北大核心 2016年第1期64-69,共6页

四足机器人步态规划的合理性直接影响机器人的稳定性。文中结合虚拟腿、线性倒立摆和零力矩点原理,以占空比为0.5的对角步态为基础,在运动相过渡阶段加入10%周期的四足支撑过程。在支撑相时,用平滑的零力矩点轨迹推导出机器人质心轨迹,... 四足机器人步态规划的合理性直接影响机器人的稳定性。文中结合虚拟腿、线性倒立摆和零力矩点原理,以占空比为0.5的对角步态为基础,在运动相过渡阶段加入10%周期的四足支撑过程。在支撑相时,用平滑的零力矩点轨迹推导出机器人质心轨迹,从而得到支撑相的足端轨迹;在摆动相时,结合椭圆与三次多项式规划了足端摆动相的轨迹,保证位置和速度的连续平滑性。通过动力学分析软件仿真分析,验证了新步态的合理性。 展开更多

关键词 四足机器人 虚拟腿 线性倒立摆(lipm) 零力矩点(ZMP)

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基于线性二次型最优控制策略的倒立摆实验系统搭建 被引量：9

3

作者 李劲松 颜国正 +1 位作者 冯剑舟 宋立博 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2010年第3期38-40,60,共4页

以自动控制领域典型的实验、教研设备——倒立摆系统作为研究对象,在建立了倒立摆系统数学模型的基础上,采用线性二次型最优策略进行控制,并利用MFC实现了人机交互,自主搭建了一套直线型一级倒立摆实验系统。系统的成功起摆与保持倒立... 以自动控制领域典型的实验、教研设备——倒立摆系统作为研究对象,在建立了倒立摆系统数学模型的基础上,采用线性二次型最优策略进行控制,并利用MFC实现了人机交互,自主搭建了一套直线型一级倒立摆实验系统。系统的成功起摆与保持倒立控制的实现,验证了建模的正确性与控制方式的有效性。 展开更多

关键词 倒立摆实验系统 建模 线性二次型最优控制 系统搭建

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直线柔性连接两级倒立摆控制器设计 被引量：8

4

作者 吴昊 秦志强 +2 位作者 朱学峰 向少华 史步海 《控制工程》 CSCD 2003年第6期497-499,共3页

倒立摆系统是一个复杂的、非线性的、不稳定的高阶系统。倒立摆的控制一直是控制理论及应用的典型课题。分析了如何利用拉格朗日方程对直线柔性连接两级倒立摆系统建模,采用LQR法设计最优控制器,进行了具体架构以及阐述了此系统设计的... 倒立摆系统是一个复杂的、非线性的、不稳定的高阶系统。倒立摆的控制一直是控制理论及应用的典型课题。分析了如何利用拉格朗日方程对直线柔性连接两级倒立摆系统建模,采用LQR法设计最优控制器,进行了具体架构以及阐述了此系统设计的控制器在实际物理系统中的实现问题。所设计的控制器对此倒立摆系统成功实施了控制,既证明了系统建模的正确性,也是倒立摆控制中的一项重大突破。相关研究成果将在航天科技及机器人学等领域发挥重要作用。 展开更多

关键词 控制理论 直线柔性连接两级倒立摆 控制器 设计 系统建模

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基于动态设计变量优化算法的非线性模型参数估计 被引量：4

5

作者 么健石 侯祥林 徐心和 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第2期106-109,共4页

为消除在传统非线性模型参数估计中由于线性化引起的模型误差,提出了一种基于动态设计变量优化的非线性模型参数估计算法·该算法以每个待估计的参数为设计变量,以与设计变量相关的误差函数为目标函数,并将参数约束条件构造在目标... 为消除在传统非线性模型参数估计中由于线性化引起的模型误差,提出了一种基于动态设计变量优化的非线性模型参数估计算法·该算法以每个待估计的参数为设计变量,以与设计变量相关的误差函数为目标函数,并将参数约束条件构造在目标函数中,建立参数估计的最优化问题·针对圆形轨道倒立摆动力学模型进行参数估计,证明该算法具有很高的计算精度和较快的收敛速度,是解决非线性模型参数估计的有效方法之一· 展开更多

关键词 动态设计变量 优化算法 非线性模型 参数估计 圆轨倒立摆

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平面二级倒立摆的线性二次最优控制 被引量：3

6

作者 赵文龙 陈能祥 +1 位作者 曹博 李俊 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2013年第11期56-59,196,共5页

采用Lagrange方程建立了平面二级倒立摆的非线性动力学模型,将其在平衡位置附近进行线性化,得到系统在2个正交控制方向解耦的近似模型。根据最优控制理论设计了系统的线性二次最优调节器,并利用Visual C++6.0和Visual Basic 6.0实现了... 采用Lagrange方程建立了平面二级倒立摆的非线性动力学模型,将其在平衡位置附近进行线性化,得到系统在2个正交控制方向解耦的近似模型。根据最优控制理论设计了系统的线性二次最优调节器,并利用Visual C++6.0和Visual Basic 6.0实现了人机交互,实时控制在多媒体定时器中断服务函数内实现,自主搭建了一套平面二级倒立摆实验平台。系统成功实现稳摆控制,仿真及实验结果表明建立平面二级倒立摆解耦模型的合理性与控制算法的有效性。 展开更多

关键词 平面二级倒立摆 建模 解耦 线性二次最优控制 多媒体定时器

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基于二级倒立摆的数学建模及系统性能分析 被引量：3

7

作者 吉红 王颖丽 +1 位作者 赵忠义 孙宏图 《机械设计》 CSCD 北大核心 2023年第7期137-142,共6页

基于二级倒立摆非线性、强耦合、多变量和自然不稳定的高阶系统特点,文中采用Lagrange数学建模方法对二级倒立摆模型数学建模并进行系统分析。分析二级倒立摆系统结构及阐述其工作原理,并基于Lagrange方程建立该系统的非线性模型;考虑... 基于二级倒立摆非线性、强耦合、多变量和自然不稳定的高阶系统特点,文中采用Lagrange数学建模方法对二级倒立摆模型数学建模并进行系统分析。分析二级倒立摆系统结构及阐述其工作原理,并基于Lagrange方程建立该系统的非线性模型;考虑系统工作特点对建模过程中次要因素进行忽略,并在此基础上对数学模型线性化处理;对二级倒立摆模型的稳定性、可控性及可观性进行分析。结果表明:二级倒立摆模型是一个单输入多输出系统,具有高度不稳定性,但具有良好的可控性和可观性,这为二级倒立摆模型的控制系统研究奠定了坚实的理论基础。 展开更多

关键词 二级倒立摆 数学建模 线性化 可控性 可观性

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双足机器人自然ZMP轨迹生成方法研究 被引量：1

8

作者 李春光 刘国栋 《计算机工程与应用》 CSCD 2014年第19期53-57,共5页

为了实现双足机器人类人行走,提出了一种基于自然ZMP轨迹的双足机器人步行模式生成方法。在单腿支撑相,根据基于三维线性倒立摆模型,在设定从脚跟到脚趾移动的自然ZMP轨迹后,得到质心轨迹方程;在双腿支撑相采用线性摆模型生成质心轨迹... 为了实现双足机器人类人行走,提出了一种基于自然ZMP轨迹的双足机器人步行模式生成方法。在单腿支撑相,根据基于三维线性倒立摆模型,在设定从脚跟到脚趾移动的自然ZMP轨迹后,得到质心轨迹方程;在双腿支撑相采用线性摆模型生成质心轨迹方程。同时给出了在统一坐标系中的多步规划质心轨迹方程。在RoboCup 3D仿真平台实现了采用自然ZMP轨迹的双足机器人类人稳定步行,实验和竞赛结果都验证了该方法的有效性。 展开更多

关键词 自然ZMP轨迹 双足机器人 步态规划 线性倒立摆模型 线性摆模型

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基于运动发散分量的四足机器人步态规划 被引量：7

9

作者 刘明敏 曲道奎 +3 位作者 徐方 邹风山 贾凯 宋吉来 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期244-250,409,共8页

为了使四足机器人在出现较大的轨迹跟踪误差时仍然可以稳定运动,提出基于运动发散分量(DCM)的在线步态规划方法.将四足机器人抽象成三维线性倒立摆模型(LIPM),根据离线规划的落脚点,应用DCM方法论递推出保持DCM有界的参考轨迹;在满足步... 为了使四足机器人在出现较大的轨迹跟踪误差时仍然可以稳定运动,提出基于运动发散分量(DCM)的在线步态规划方法.将四足机器人抽象成三维线性倒立摆模型(LIPM),根据离线规划的落脚点,应用DCM方法论递推出保持DCM有界的参考轨迹;在满足步幅约束、零力矩点(ZMP)约束的条件下,步态规划运用宽松初始状态模型预测控制在线优化出可快速收敛到参考轨迹上的落脚点以及期望状态轨迹;全身运动控制器通过构建二次规划优化出满足运动约束、动力学约束、摩擦力约束等条件下跟踪期望状态轨迹的力矩.通过仿真验证以上算法,仿真结果表明:与经典模型预测控制相比,宽松初始状态模型预测控制可以承受较大的轨迹跟踪误差,四足机器人可以在出现较大的轨迹跟踪误差时以troting步态稳定运动并尽快收敛到离线规划的轨迹上. 展开更多

关键词 四足机器人 步态规划 运动发散分量(DCM) 线性倒立摆模型(lipm) 零力矩点(ZMP)

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基于三质点模型的仿人机器人节能步行 被引量：2

10

作者 何杰 张晓晖 +1 位作者 肖晓晖 丁加涛 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期3396-3406,共11页

为了实现高能效的双足步行,提出基于三质点线性倒立摆模型(3MLIPM)的步态生成与优化策略。首先,定义表征单位能耗的步态周期(UEWC),利用三质点模型,对机器人进行运动学建模与步行能耗评估,建立机器人步行过程的能耗评价模型,分析各质量... 为了实现高能效的双足步行,提出基于三质点线性倒立摆模型(3MLIPM)的步态生成与优化策略。首先,定义表征单位能耗的步态周期(UEWC),利用三质点模型,对机器人进行运动学建模与步行能耗评估,建立机器人步行过程的能耗评价模型,分析各质量块的运动性质,提出基于质心(CoM)加速度优化的二次型步行能耗评价指标;其次,对3MLIPM进行动力学建模,将CoM运动分为稳定分量与不稳定分量,CoM最优轨迹求解转化为求解运动分量误差项,通过跟踪参考的零力矩点(ZMP)轨迹,利用无约束优化算法求解对应的能耗最低的CoM轨迹;最后,实现了步态的在线生成,并且为消除腿部质量摆动导致的躯干质心附加运动,通过二分搜索的修正算法,修正3MLIPM的步行参数输入(步长和步宽),进一步降低了双足步行的能量消耗。通过仿真和试验验证了算法的可行性和有效性。研究结果表明:提出的能耗评价指标能够表征三质点步行系统的真实能耗,并且能够用于指导最优CoM轨迹生成;利用双足稳定支撑域,可以优化参考ZMP轨迹以实现低能耗步行;通过修正三质点模型的名义步行参数输入,消除等效ZMP产生的附加运动,针对不同形式ZMP参考轨迹,修正后的三质点模型相比于传统单质点模型,可以有效降低步行能耗。 展开更多

关键词 三质点线性倒立摆模型(3Mlipm) 零力矩点(ZMP) 能量效率 双足步行 仿人机器人

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基于倒立摆系统的神经网络辅助教学设计 被引量：1

11

作者 任祖华 王永骥 《实验室研究与探索》 CAS 2005年第S1期113-115,133,共4页

人工神经网络是当今智能控制领域最活跃的分支之一,具有很强的理论及应用价值。该文结合数字倒立摆实验装置和神经网络辨识软件包(nnsysid) ,借助MATLAB工具开发了一个简单的人机交互平台,界面清楚直观,操作方便,帮助学生直观、系统的... 人工神经网络是当今智能控制领域最活跃的分支之一,具有很强的理论及应用价值。该文结合数字倒立摆实验装置和神经网络辨识软件包(nnsysid) ,借助MATLAB工具开发了一个简单的人机交互平台,界面清楚直观,操作方便,帮助学生直观、系统的了解神经网络用于非线性倒立摆系统建模的过程。达到发挥实验设备的功能、丰富教学内容、拓展学生知识面的目的。 展开更多

关键词 人工神经网络 数字倒立摆 MATLAB 非线性系统建模

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基于SimMechanics的直线二级倒立摆仿真研究 被引量：3

12

作者 余永俊 任一峰 +1 位作者 安坤 常超勇 《科学技术与工程》 北大核心 2020年第20期8239-8244,共6页

倒立摆是一个非线性、高阶次和绝对不稳定系统,广泛用于测试各种控制算法。为了对直线二级倒立摆进行建模、控制和仿真,首先讨论了倒立摆数学模型并利用MATLAB中第二代SimMechanics工具箱进行三维建模。此外,实现了两种控制算法的稳定... 倒立摆是一个非线性、高阶次和绝对不稳定系统,广泛用于测试各种控制算法。为了对直线二级倒立摆进行建模、控制和仿真,首先讨论了倒立摆数学模型并利用MATLAB中第二代SimMechanics工具箱进行三维建模。此外,实现了两种控制算法的稳定性控制并进行对比,针对比例积分微分(proportional integral derivative,PID)控制,提出采用主导极点配置方法进行参数整定,而模糊控制采用了基于线性二次型(linear quadratic regulator, LQR)融合的模糊控制器设计。结果表明,两种控制方法均取得较好的控制效果,且模糊控制在快速性、超调量及抗干扰能力上都比PID控制性能优越。 展开更多

关键词 直线二级倒立摆 建模仿真 SIMMECHANICS 比例积分微分(PID)控制 模糊控制

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基于反馈线性化技术的旋转倒立摆复合控制方法

13

作者 樊新航 徐建军 +3 位作者 邰穗安 王怿瑾 刘俊生 董春 《机电工程》 2025年第9期1791-1809,共19页

旋转倒立摆系统是一种强耦合、欠驱动且具有强非线性特征的非最小相位系统,针对一阶旋转倒立摆系统存在的控制复杂性和不稳定性问题,提出了一种基于反馈线性化技术的旋转倒立摆复合控制方法。首先,对于一阶旋转倒立摆这一典型非线性欠... 旋转倒立摆系统是一种强耦合、欠驱动且具有强非线性特征的非最小相位系统,针对一阶旋转倒立摆系统存在的控制复杂性和不稳定性问题,提出了一种基于反馈线性化技术的旋转倒立摆复合控制方法。首先,对于一阶旋转倒立摆这一典型非线性欠驱动非最小相位系统,采用拉格朗日-欧拉法建立了其动力学方程及数学模型,并基于反馈线性化技术,实施了优化线性化处理;然后,采用反步法和参数估计法设计了无模型反步控制器,并引入了非线性阻尼和动态面控制方法,解决了高阶系统的微分爆炸和扰动敏感问题;最后,在不同负载和运动条件下,将该控制器与传统的比例积分微分(PID)控制器、线性二次型(LQR)控制器进行了对比仿真,并使用STM32单片机作为主控制器,搭建了实物实验平台并进行了验证。研究结果表明:该控制器在30°初始偏角下的稳摆控制达到稳定的时间为0.3 s,最大稳定偏角范围扩展至76.6°。该控制方法通过多模块协同作用,增强了对非线性系统的灵敏控制能力,较传统算法具有更强的鲁棒性和动态响应特性。 展开更多

关键词 反馈线性化 旋转倒立摆 动力学分析 反步法 无模型控制 稳摆控制 动态响应特性

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