移动可伸缩三维倒立摆模型的双足机器人步态控制策略 被引量：1

1

作者 王立权 李恒楠 +1 位作者 俞志伟 韩金华 《智能系统学报》 2010年第1期30-34,共5页

双足机器人的步态控制策略是保证双足稳定行走的重要条件之一.结合人在行走时ZMP平稳移动的特性,建立了一种移动可伸缩三维倒立摆模型;在约束平面内分析ZMP与COG的运动关系,将ZMP和COG分别定为快变因子和慢变因子,提出了移动可伸缩三维... 双足机器人的步态控制策略是保证双足稳定行走的重要条件之一.结合人在行走时ZMP平稳移动的特性,建立了一种移动可伸缩三维倒立摆模型;在约束平面内分析ZMP与COG的运动关系,将ZMP和COG分别定为快变因子和慢变因子,提出了移动可伸缩三维倒立摆模型的双足机器人步态控制策略;最后通过Matlab/ADAMS进行了步态控制仿真研究.仿真结果表明双足机器人可以稳定地行走,验证了该步态控制策略的可行性. 展开更多

关键词 双足机器人 三维倒立摆模型 步态控制策略

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基于面部倒立摆模型与信息熵的驾驶员疲劳检测 被引量：4

2

作者 李泰国 张天策 +1 位作者 李超 周星宏 《交通运输系统工程与信息》 EI CSCD 北大核心 2023年第5期24-32,共9页

驾驶员疲劳检测的研究有助于降低交通事故的发生。本文提出一种基于面部倒立摆模型与信息熵的疲劳检测方法,首先,采用PFLD(Practical Facial Landmark Detector)模型检测驾驶员面部关键点坐标,并估计用于表示头部姿态信息的Pitch、Yaw以... 驾驶员疲劳检测的研究有助于降低交通事故的发生。本文提出一种基于面部倒立摆模型与信息熵的疲劳检测方法,首先,采用PFLD(Practical Facial Landmark Detector)模型检测驾驶员面部关键点坐标,并估计用于表示头部姿态信息的Pitch、Yaw以及Roll角度值;然后,以关键点坐标为输入建立面部倒立摆模型,计算模型中连杆系统在驾驶员驾驶过程中的动能和势能;之后,以倒立摆模型的动能、势能以及头部姿态数据作为衡量驾驶员疲劳状态变化的指示特征,基于滑动窗口计算各疲劳特征的信息熵值;通过CNN(Convolutional Neural Networks)处理疲劳特征信息熵值,建立信息熵与驾驶员疲劳状态之间的联系;最后,将CNN在各个时间点上的输出作为LSTM(Long Hort-term Memory)网络的输入特征,通过CNN-LSTM模型实现疲劳特征信息熵的分类预测。实验结果表明,所提模型的预测结果达到95.04%,验证了本文方法的有效性。 展开更多

关键词 智能交通 疲劳检测 倒立摆模型 面部关键点 头部姿态

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基于模糊控制的旋转倒立摆稳定性仿真研究 被引量：4

3

作者 赵博 李嘉波 +2 位作者 李忠玉 叶敏 徐信芯 《机床与液压》 北大核心 2020年第7期131-134,共4页

倒立摆是一个复杂的、非线性、不稳定的系统,通常采用数学建模的方法研究倒立摆系统,该方法复杂繁琐且在建模过程中简化约束条件,使仿真结果存在一定误差。在Matlab Simulink环境中基于Simscape模块进行倒立摆系统的建模;根据倒立摆系... 倒立摆是一个复杂的、非线性、不稳定的系统,通常采用数学建模的方法研究倒立摆系统,该方法复杂繁琐且在建模过程中简化约束条件,使仿真结果存在一定误差。在Matlab Simulink环境中基于Simscape模块进行倒立摆系统的建模;根据倒立摆系统的运行特征设计了新的模糊规则表,并基于此表建立模糊控制器;采用该模糊控制器在不同的条件下对倒立摆进行控制,取得了良好的控制效果。 展开更多

关键词 Simscape 倒立摆模型 模糊控制

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基于模型预测控制的仿人机器人实时步态优化 被引量：9

4

作者 丁加涛 何杰 +1 位作者 李林芷 肖晓晖 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期1843-1851,共9页

为了提高仿人机器人在行走过程中的抗干扰能力,提出基于模型预测控制(MPC)的步态生成与优化策略.基于飞轮倒立摆模型(IPFM),建立系统状态空间模型.给定落脚点参考位置和躯干旋转参考角度,提出包含质心(CoM)轨迹生成、落脚点调整和躯干... 为了提高仿人机器人在行走过程中的抗干扰能力,提出基于模型预测控制(MPC)的步态生成与优化策略.基于飞轮倒立摆模型(IPFM),建立系统状态空间模型.给定落脚点参考位置和躯干旋转参考角度,提出包含质心(CoM)轨迹生成、落脚点调整和躯干旋转角度优化的多目标惩罚函数;考虑足部支撑范围、落脚点变动范围等可行性约束,建立二次规划(QP)求解模型.利用开源求解器,实现最优质心轨迹、足部落脚点和躯干旋转角度的在线生成.通过仿真验证了该算法的可行性和有效性.结果表明,每个控制循环在2 ms内完成,满足实时控制需求;该方法能够利用躯干旋转以实现更大范围变步行参数的稳定行走;与只调整落脚点相比,机器人对各个方向外力的抵抗能力都有提高. 展开更多

关键词 模型预测控制(MPC) 飞轮倒立摆模型(IPFM) 落脚点调整 躯干转动 双足步行 仿人机器人

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自平衡小车的模型分析与数据处理 被引量：4

5

作者 胥芳 倪紫京 占红武 《浙江工业大学学报》 CAS 北大核心 2016年第3期288-291,共4页

以单级倒立摆为数学模型的自平衡小车,对小车模型进行了建模和分析,找出影响自平衡的参数,考虑参数在实际测量中的难易程度进一步筛选出能够实现自平衡所需要的重要参数,依据筛选出的参数确定合适的传感器.对传感器的工作原理和传输的... 以单级倒立摆为数学模型的自平衡小车,对小车模型进行了建模和分析,找出影响自平衡的参数,考虑参数在实际测量中的难易程度进一步筛选出能够实现自平衡所需要的重要参数,依据筛选出的参数确定合适的传感器.对传感器的工作原理和传输的数据进行了详细的介绍和分析,由此得出数据的处理方法.通过实际测量的数据和处理后的数据进行对比,确定了其在精度方面的可靠性,也确信了自平衡小车在移动打印领域的可行性. 展开更多

关键词 自平衡车 倒立摆模型 加速度计

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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

6

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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未知不平整地面上的双足步行稳定控制 被引量：9

7

作者 李建 陈卫东 +3 位作者 王丽军 高雪官 杨军 李慕君 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第11期2669-2674,共6页

针对未知的不平整地面环境,提出了双足机器人稳定步行控制算法,该算法由步态规划和传感器反馈控制两部分组成.采用被动倒立摆模型设计双足机器人的步态,使得双足机器人能够自然、节能的稳定行走.实时反馈控制用来适应地面环境的凹凸不... 针对未知的不平整地面环境,提出了双足机器人稳定步行控制算法,该算法由步态规划和传感器反馈控制两部分组成.采用被动倒立摆模型设计双足机器人的步态,使得双足机器人能够自然、节能的稳定行走.实时反馈控制用来适应地面环境的凹凸不平以及处理外部环境的扰动.控制器包括上身姿态控制、期望ZMP控制以及非线性落地控制三部分.双足机器人机构柔性的存在对机器人稳定性以及控制效果造成很坏的影响,甚至使反馈控制造成负面的效果,因此柔性的影响也被考虑到步行控制器的设计当中.利用双足机器人不平地面上的步行实验验证所提出步行控制算法的有效性. 展开更多

关键词 双足机器人 步态规划 被动倒立摆模型 稳定控制

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不平整地面上双足机器人的步态控制 被引量：5

8

作者 李建 陈卫东 +2 位作者 王丽军 杨军 李慕君 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第S1期129-133,共5页

提出了一种不平地面环境下双足机器人的步行控制算法.该算法由步态规划和传感器反馈控制系统组成.在步态规划中,采用被动倒立摆模型设计双足机器人的质心位置,所生成的步态使机器人能够在平地上更自然有效地稳定行走.在线反馈控制系统... 提出了一种不平地面环境下双足机器人的步行控制算法.该算法由步态规划和传感器反馈控制系统组成.在步态规划中,采用被动倒立摆模型设计双足机器人的质心位置,所生成的步态使机器人能够在平地上更自然有效地稳定行走.在线反馈控制系统用于处理地面环境的凹凸不平以及来自外界的未知扰动,可分为上身姿态控制、期望ZMP控制以及非线性落地控制3个部分.这3种控制分别针对不同的控制目标,并根据步行过程的具体阶段在线修正预先规划好的步态,维持双足机器人的步行稳定性.它们在结构上相互耦合,从而实现加速在线反馈控制系统的收敛速度、克服机器人柔性对控制作用的负面影响等效果.双足机器人在凹凸地面的步行实验验证了所提出步行控制算法的有效性. 展开更多

关键词 双足机器人 步态规划 步态控制 被动倒立摆模型

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基于LIPM的双足机器人变步长行走规划 被引量：2

9

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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双足机器人自然ZMP轨迹生成方法研究 被引量：1

10

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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基于神经网络的非线性动力系统控制研究

11

作者 曹丽娟 和颖秋 李守巨 《科学技术与工程》 2008年第17期4891-4894,4900,共5页

基于改进BP神经网络,建立了一种自适应在线控制模型,并且该控制方法应用到离散非线性动力系统和倒立摆系统控制问题。为了避免BP神经网络在训练过程中的目标函数局部极小值问题,提出了一种基于BFGS优化算法的神经网络训练方法。与其它... 基于改进BP神经网络,建立了一种自适应在线控制模型,并且该控制方法应用到离散非线性动力系统和倒立摆系统控制问题。为了避免BP神经网络在训练过程中的目标函数局部极小值问题,提出了一种基于BFGS优化算法的神经网络训练方法。与其它控制方法相对比,所提出的基于神经网络的倒立摆控制方法具有较高的控制精度。通过离散时间系统的控制模拟和倒立摆模型系统的控制两个算例,验证了所提出的控制方法的具有有效性和很好的控制效率。 展开更多

关键词 非线性动态系统 BFGS优化算法 离散时间系统 倒立摆模型系统 全局最优解

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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

12

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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变长度弹性伸缩腿双足机器人半被动起步行走仿人控制 被引量：6

13

作者 张瑞 张奇志 周亚丽 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2022年第1期252-257,共6页

传统双足机器人行走使用轨迹跟踪控制,而人类行走大部分时间处于被动状态。针对半被动变长度弹性伸缩腿双足机器人从静止状态开始起步行走的问题,提出了一种起步行走仿人控制方法。首先,使用串联弹性驱动双足弹簧负载倒立摆(B-SLIP)模型... 传统双足机器人行走使用轨迹跟踪控制,而人类行走大部分时间处于被动状态。针对半被动变长度弹性伸缩腿双足机器人从静止状态开始起步行走的问题,提出了一种起步行走仿人控制方法。首先,使用串联弹性驱动双足弹簧负载倒立摆(B-SLIP)模型;然后,利用拉格朗日方法建立行走动力学方程,并利用模型的自稳定性在双支撑阶段采用能量误差比例积分(PI)反馈控制与惰性控制方法控制后腿伸缩,在单支撑阶段采用摆动腿回摆方法控制机器人的高度和前向速度。仿真结果表明,所提出的控制策略可使双足机器人在水平面上实现起步行走过程,并且对应的控制系统对于外部周期扰动力具有抗干扰能力。 展开更多

关键词 半被动 双足机器人 起步行走 仿人控制 弹簧负载倒立摆模型

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一种提高双足机器人机动性的步行模式规划方法 被引量：3

14

作者 薛峰 陈小平 《小型微型计算机系统》 CSCD 北大核心 2012年第9期1928-1933,共6页

为提高双足机器人的机动性以适应更宽更广的应用领域,提出一种在线规划方法.该方法根据最新的控制命令生成足迹,然后利用动力学方程的解析解在线同步规划质心(CoG)轨迹和零力矩点(ZMP)轨迹,并基于离散化算法解决机器人速度改变较大时局... 为提高双足机器人的机动性以适应更宽更广的应用领域,提出一种在线规划方法.该方法根据最新的控制命令生成足迹,然后利用动力学方程的解析解在线同步规划质心(CoG)轨迹和零力矩点(ZMP)轨迹,并基于离散化算法解决机器人速度改变较大时局部ZMP轨迹的扰动问题,使其符合稳定性判据.该方法可使机器人在行走过程中一步实现任意的足迹改变,具有很高的机动性,经过在实体机器人Nao上进行效果验证并取得预期结果. 展开更多

关键词 双足机器人 同步规划 步行模式 线性倒立摆模型

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农用独轮自平衡车的设计与实验

15

作者 王震 杨帅 +5 位作者 徐青正 时慧杰 李天华 侯加林 周凯 金天国 《农机使用与维修》 2022年第4期1-8,12,共9页

针对国内外农业机器人在应用过程中面临的环境复杂、自动化程度不足、成本高、适用范围小等问题,以ESP32单片机为主控单元,基于倒立摆模型和PID控制模型,设计了一款适用性强且经济实用的农用独轮自平衡车。独轮自平衡车采用MPU6050传感... 针对国内外农业机器人在应用过程中面临的环境复杂、自动化程度不足、成本高、适用范围小等问题,以ESP32单片机为主控单元,基于倒立摆模型和PID控制模型,设计了一款适用性强且经济实用的农用独轮自平衡车。独轮自平衡车采用MPU6050传感器,通过其内部集成的数字运动处理器(DMP)进行数据融合滤波处理,将陀螺仪传感器测量的角度、加速度等信息输送至单片机,并通过多次实验选择确定一组最优的PID参数,以提高自平衡车的稳定性和抗干扰性。单片机通过PID算法得到的计算结果经电机驱动作用至自平衡车,并借助低功耗蓝牙(BLE)进行数据传输、运动控制及机械重心计算,使用直流电机及直流减速电机驱动为其提供动力,从而使独轮自平衡车保持平衡与稳定。通过实验验证,该独轮自平衡车操作简单,工作稳定可靠,满足运动可控和平衡稳定的要求。 展开更多

关键词 ESP32单片机 MPU6050传感器 PID控制 平衡车 倒立摆模型

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NAO机器人快速行走算法设计与实现

16

作者 甘富升 《福建茶叶》 2019年第1期252-253,共2页

本研究以NAO为依托,进行行走相关的技术研究。首先,为了更加准确地得到NAO躯干姿态信息,采取卡尔曼滤波法,对两个传感器的数据进行融合,得到躯干绕坐标轴旋转的角度,为后续的稳定性控制做好基础准备。接着,利用线性倒立摆模型,进行NAO... 本研究以NAO为依托,进行行走相关的技术研究。首先,为了更加准确地得到NAO躯干姿态信息,采取卡尔曼滤波法,对两个传感器的数据进行融合,得到躯干绕坐标轴旋转的角度,为后续的稳定性控制做好基础准备。接着,利用线性倒立摆模型,进行NAO的步态数据规划,并进行实验验证。 展开更多

关键词 卡尔曼滤波法 线性倒立摆模型 步态规划

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