步态训练机器人人机系统动力学仿真

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仿生四足机器人步态规划与仿真研究

仿生四足机器人步态规划与仿真研究1. 引言1.1 研究背景仿生四足机器人是一种模仿动物四足行走方式的机器人，具有良好的稳定性和适应性，被广泛用于恢复性医疗、紧急救援、军事作战等领域。

随着人工智能和机器人技术的不断发展，仿生四足机器人的研究也变得越来越重要。

在仿生四足机器人的步态规划和仿真研究中，如何设计出稳定且高效的行走模式成为研究的重点之一。

近年来，随着计算机仿真技术的不断进步，仿生四足机器人的步态规划和仿真研究取得了一系列重要进展。

通过计算机模拟仿生四足机器人的步态和动作，研究人员可以更好地了解机器人行走时的力学特性和运动规律，为机器人的控制和优化提供有力支持。

本文将对仿生四足机器人步态规划与仿真研究进行深入探讨，旨在为仿生四足机器人的设计与控制提供理论支持和实验基础。

通过对步态规划算法、仿真模型建立、实验结果分析以及研究展望和应用前景的讨论，将全面展示仿生四足机器人的发展现状和未来发展方向，为相关领域的研究工作提供有益参考。

1.2 研究目的研究目的是为了解决传统固定步态规划方法在应对复杂环境和不确定性时存在的不足之处，提高仿生四足机器人的运动稳定性和适应性。

通过研究仿生四足机器人的步态规划算法，探索其在不同地形和工作条件下的运动模式，为其设计提供更加智能和高效的运动策略。

通过建立仿真模型，验证步态规划算法的有效性，并进一步探索优化算法。

研究将通过实验结果来验证仿生四足机器人步态规划算法的可行性和有效性，为进一步开发基于仿生原理的机器人提供参考和借鉴。

通过深入研究仿生四足机器人的步态规划与仿真，探讨未来在智能机器人领域的发展方向和挑战，为该领域的研究提供新的思路和方法。

1.3 研究意义仿生四足机器人的研究意义主要体现在以下几个方面：1. 提高机器人的稳定性和适应性：仿生四足机器人可以模仿动物在不同地形上行走的方式，通过合理的步态规划算法，可以使机器人在复杂环境中保持稳定，提高其适应性和灵活性。

Rolling-Wolf轮腿式机器人动力学模型及步态仿真

A Thesis Submitted to Chongqing University in Partial Fulfillment of the Requirement for the Professional Degree
By Duan Ganlai Supervised by LI Qi-min Specialty: Mechanical Engineering
College of Mechanical Engineering of Chongqing University, Chongqing, China May, 2015
重庆大学硕士学位论文
中文摘要

摘
要
高性能移动机器人一直是国内外仿生机器人的研究热点，本文首先分别从结构设计方面、运动规划方面和反馈控制方面分析了目前智能机器人的研究情况，主要包括四足机器人及轮腿式机器人的发展现状。目前主流的几类机器人的特点如下：足式机器人地形适应能力较好，但是其机构复杂，运行速度比较低；轮式机器人运行平稳、控制比较简单，但是轮式机器人地形适应能力较差，越障能力很受限制；而轮腿式机器人则综合了两者的优点，既有轮式机器人的高速高效运行的特点，也有腿式机器人的越障能力，因此，轮腿式机器人已经逐渐成为国内外学者的研究对象。主体部分针对一种新型仿生轮腿式机器人——Rolling-Wolf 进行研究，该机器人腿部机构由车身、大腿、小腿、电机、滑块及驱动轮组成。基于该样机，主要进行了如下的研究工作： ①采用欧拉角和空间坐标系的齐次变换，建立了机器人的包含俯仰角和翻滚角在内的正、逆运动学模型；然后，基于机器人微分运动变换求出了机器人的速度雅克比矩阵，用于表示机器人关节运动和足端运动的关系。 ②基于运动学理论对 Rolling-Wolf 进行了基于抛物线过渡的线性插值方法的步态规划，该步态不仅满足静稳定原理，而且对机构不会产生刚性冲击。然后根据设定的初始步态参数，通过 Matlab 语言实现了足端轨迹曲线和样点的采集。 ③采用拉氏方程和虚功原理建立了 Rolling-Wolf 机器人的动力学模型，选取了大腿和车身夹角以及大小腿夹角作为该模型的广义坐标，同时考虑了轮子和地面之间的接触力，该动力学模型具有良好的通用性。 ④在 ADAMS 中进行了平地慢爬步态的仿真，重点介绍了 ADAMS 仿真参数的设置，以及通过逆运动学计算得到的滑块的驱动设置方法。仿真完毕后，对车身质心和同侧大腿滑块的运动进行了观测和分析，并验证了理论运动学模型的正确性。关键词：轮腿式机器人、Rolling-Wolf、运动学、步态规划、动力学、ADAMS

液压驱动双足机器人步态规划及动力学仿真

液压驱动双足机器人步态规划及动力学仿真唐火红1，丁婧1，2，严启凡2（1.合肥工业大学机械工程学院，安徽合肥230009；2.江苏省产业技术研究院智能制造研究所，江苏南京211800）来稿日期：2019-09-06基金项目：国防科技创新特区《高越障性仿生机器人系统设计与综合集成》（合同编号：17-163-12-ZT-004-014-01）作者简介：唐火红，（1973-），男，安徽池州人，博士研究生，硕士生导师，副教授，主要研究方向：先进制造技术及其关键技术；丁婧，（1994-），女，安徽安庆人，硕士研究生，主要研究方向：先进制造技术及其关键技术1引言自机器人诞生以来，仿人双足机器人一直是专家学者们的研究热点，如何在真实环境下稳定行走是双足机器人研究中的核心问题之一[1]。

机器人步态规划是通过控制机器人的步行条件、步态参数与确保其稳态步行的约束条件，从而确立步行系统的各关节运动在时间及空间上的一种协调关系，此协调关系可由各关节的一组时间函数进行表示[2-4]。

双足机器人是一个强耦合、非线性的多自由度复杂动力学系统[5]，可通过降阶、解耦等方法简化为简单模型对其展开步态规划，譬如：连杆模型[6，7]、倒立摆模型、弹簧质量模型[8]、小车桌子模型、虚拟模型等。

倒立摆模型的研究最初源于麻省理工学院，维修[9]进一步提出线性倒立摆模型，该模型将机器人支撑脚视为是模型支点，将机器人的质心视为是倒立摆质点，将机器人的腿近似为一个可伸缩的无质量摆杆。

倒立摆运动时，通过摆杆的收缩与伸展以保证支点高度的恒定不变[8]。

建立二维倒立摆模型对双足机器人平地稳态行走进行步态规划，结合虚拟样机仿真技术，利用ADAMS [10]仿真软件对步态规划后的双足机器人进行仿真分析，验证机构设计、运动学模型、步态规划的合理性与可行性，同时获取机器人运动学相关参数，为液压驱动元件选型、样机优化提供参考依据。

2双足机器人简介所涉及的液压驱动仿人双足机器人下肢平台整体结构，如图1（a ）~图1（b ）所示。

步态训练机器人控制系统仿真研究

步态训练机器人控制系统仿真研究张立勋;王令军;王克宽;王凤良【期刊名称】《应用科技》【年(卷),期】2009(036)003【摘要】步态训练机器人是一种可以模拟在不同路况下行走的机器人.针对控制系统能够适应不同路况的要求,设计了一种适应负载、速度变化的变参数PID控制器,并建立了控制系统模型.在MATLAB环境下,对控制系统进行了仿真分析.仿真结果表明,平地行走、上楼梯和下楼梯3种步态轨迹的跟踪曲线均具有良好的运行特性;控制器适应了速度、负载变化的影响,满足机器人对不同路况模拟的各项要求.该研究为步态训练机器人对不同路况的进一步模拟研究奠定了基础.【总页数】4页(P62-65)【作者】张立勋;王令军;王克宽;王凤良【作者单位】哈尔滨工程大学机电工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学机电工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学机电工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学机电工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001【正文语种】中文【中图分类】TP242.3【相关文献】1.主动腰部四足机器人控制系统与跳跃步态研究 [J], 赵东升;谭跃刚;黄林考;李彰2.减重活动平板步态训练和传统步态训练对脑卒中偏瘫患者平衡功能和步行能力的影响 [J], 李博阳;陈守强;姜宏博3.功能性电刺激及减重步态训练同步与分离治疗对脑卒中患者步态功能影响的对照研究 [J], 程华军;陈尚杰;许琼瑜;朱芬;冯德荣;李海;黄石钊;刘恒4.减重活动平板步态训练和传统步态训练对脑卒中偏瘫患者平衡功能和步行能力的影响 [J], 李博阳;陈守强;姜宏博5.机器人辅助步态训练联合综合康复训练对脑卒中患者步态及生活质量的影响 [J], 王寒明;杨傲然;王欢;王丛笑;耿久军;薛亚峰;郄淑燕因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

仿生四足机器人步态规划与仿真研究

仿生四足机器人步态规划与仿真研究摘要：机器人的仿生学研究可以使机器人更具有生物特征，走向更自然、智能化的方向。

本文以四足机器人为例，探讨了步态规划与仿真研究的方法。

首先介绍了四足机器人步态的基本形式，然后分析了步态的运动学和动力学特征。

接着，提出了一种基于遗传算法的步态规划方法，并通过仿真实验展示了该方法的优越性。

引言仿生学是一门研究生物学智慧，将其应用于机器人技术中，使机器人更具有生物特征的学科。

仿生学研究可以提高机器人的移动性能、环境适应性和自主控制等方面，进一步推动机器人技术的发展。

其中，步态规划是四足机器人研究中的关键问题之一。

如何使四足机器人的步态更加自然、高效，成为研究的重点。

本文以四足机器人为例，综合运用遗传算法等方法，探讨了步态规划与仿真研究的方法及其实现。

一、四足机器人步态的基本形式四足机器人通常采用三种步态：慢步态、快步态和跑步态。

慢步态是指四足机器人在缓慢行走时的步态，步幅小、稳定性高；快步态是指四足机器人在相对高速行走时的步态，步幅较大，能够应对复杂环境；跑步态是指四足机器人在快速奔跑时的步态，能够快速、稳定地通过复杂地形。

四足机器人的步态可以分为从一个支撑阶段到下一个支撑阶段的过渡过程和支撑阶段两个部分。

其基本形式如下：图1 四足机器人步态示意图其中，1、2、3、4分别为机器人的四只脚，S1、S2、S3、S4分别为四只脚的支撑状态，T为过渡状态。

二、步态运动学和动力学特征分析四足机器人的步态规划必须遵循其运动学和动力学特征。

具体分析如下：1. 步态运动学特征四足机器人的步态运动学特征主要有步幅、步频和支撑相位等。

步幅是机器人在一次步态过程中从一支撑脚到另一支撑脚的水平距离；步频是机器人在一分钟内完成的步态次数；支撑相位是机器人各腿相对支撑状态的时间差。

四足机器人的步态动力学特征主要包括质心加速度、质心高度和地面反作用力等。

质心加速度是机器人在步态过程中质心的加速度；质心高度是机器人在步态过程中质心的高度变化；地面反作用力是机器人与地面的接触力，直接影响机器人的稳定性。

全方向康复步行训练机器人具有人机交互力的跟踪控制

1.2.1 国外下肢康复机器人的主要类型................................................................. 2 1.2.2 国内下肢康复机器人的研究现状................................................................. 4 1.3 存在的问题................................................................................................................ 4 1.4 主要研究工作及内容安排........................................................................................ 6 第 2 章全方向康复步行机器人的反步自适应跟踪控制.................................................... 8 2.1 全方向康复步行机器人介绍.................................................................................... 8 2.1.1 全方向康复步行机器人的结构..................................................................... 8 2.1.2 全方向康复步行机器人的动力学模型......................................................... 8 2.2 反步自适应控制器的设计...................................................................................... 10 2.2.1 设计控制器及自适应率............................................................................... 10 2.2.2 稳定性分析................................................................................................... 11 2.3 系统仿真.................................................................................................................. 12 2.3.1 控制器带有自适应率的仿真 ...................................................................... 12 2.3.2 控制器无自适应率的仿真 .......................................................................... 14 2.4 本章小结 ................................................................................................................. 16 第 3 章基于人机交互力模糊识别的全方向康复步行机器人反步自适应跟踪控制...... 17 3.1 模糊算法的基本理论.............................................................................................. 17 3.1.1 模糊控制设计的基本方法........................................................................... 17 3.1.2 模糊模型的建立方法................................................................................... 20 3.2 人机交互力的分析.................................................................................................. 21 3.3 人机交互力的模糊识别模型.................................................................................. 24 3.3.1 确定变量和隶属度函数............................................................................... 25

机器人运动学建模与动力学仿真分析

机器人运动学建模与动力学仿真分析机器人一直以来是人类最喜欢的机械产物之一。

它们已经在许多领域中得到了广泛应用，从工业生产到医疗，从军事到普通家庭，都有机器人的身影。

然而，机器人的行为不可能只受简单的人工指令控制，在设计和创建机器人时，必须考虑它们如何使用传感器和算法自主进行运动控制。

这就需要对机器人进行运动学建模和动力学仿真分析。

机器人的运动学模型描述了机器人的位置和方向，以及机器人在三维空间中运动的方式。

运动学模型通常由连接在一起的“关节”组成，每个关节提供机器人在空间中运动的自由度。

一个典型的机器人通常由多个关节组成，在每个关节处都有一个旋转或平移关节。

关节的旋转和平移由马达或气动驱动器等装置控制，以允许机器人进行复杂运动，从而能完成其指定的任务。

机器人的运动学模型可以用数学的方法来表示，其中一个广为人知的方法是丹尼·德文波特的变换题。

这个题的思想是将机器人从其基本位置（被定义为零位）旋转和移动，函数将这个位置映射到全局坐标系统中。

对于机器人中每个关节，将“关节空间”中的变化转换为“工作空间”中的直线和角度转换，从而得到机器人的整体位置和方向。

机器人的动力学模型描述了运动学之外的一些物理特性，如质量、惯性、摩擦力等，从而解释与力学和动力学相关的运动。

这是在机器人仿真系统中进行动力学仿真分析的关键所在之一。

通常情况下，机器人的惯性和摩擦力对动力学非常重要，它们直接影响机器人的运动和位移。

在设计机器人时，考虑这些因素是至关重要的，否则机器人可能会无法完全精确地执行指定的任务。

了解机器人的运动学和动力学模型有许多好处。

首先，它们可以帮助设计师更好地理解机器人的基本运动和设计风格。

其次，运动学和动力学模型也可以用于控制机器人的运动。

例如，运动学模型可以将圆轴坐标转换为笛卡尔坐标，并为控制器提供所需的坐标信息，以使机器人在空间中移动。

同时，动力学模型可以帮助设计师制定适当的控制器 PID（位置、积分、微分）参数，以保证机器人的稳定性和运动精度。

步行训练机器人虚拟样机协同仿真方法研究

步行训练机器人虚拟样机协同仿真方法研究冯治国【期刊名称】《贵州大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(030)001【摘要】研究SolidWorks、ADAMS和MATLAB协同仿真方法,建立步行训练机器人虚拟样机三维实验平台,实现对步行训练的动态特性和控制系统的仿真验证,其结果证明虚拟样机协同仿真的方法确切有效地分析步行训练机器人运动特性,为研发步行机器人的物理样机提供主要参考.%Solidworks, Adams andMatlab/Simulink were integrated to be used to establish united simulation platform for the gait training robot. Kinematics and dynamics simulation of the gait training robot, the control laws were done in collaborative simulation platform. The results indicate that the dynamic properties of the gait training robot were analyzed correctly and efficiently. A reliable solution was proposed for the entire design of gait training robot.【总页数】5页(P55-58,83)【作者】冯治国【作者单位】贵州大学机械工程学院,贵州贵阳550025【正文语种】中文【中图分类】TP24【相关文献】1.基于虚拟样机技术的双足步行机器人联合动力学仿真 [J], 余朝举;魏世民;郭磊2.减重步行机器人训练对脑卒中患者步行能力的影响探析 [J],3.KineAssist机器人步行训练提高脑卒中患者步行能力的临床研究 [J], 马启寿;廖燕锬;李中元;陈美云;刘燕平4.基于虚拟样机的双足机器人步行联合仿真 [J], 史耀强;李建;顿向明;陈卫东;杨军5.仿生膝关节虚拟样机与协同仿真方法研究 [J], 王斌锐;金英连;徐心和因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

下肢康复外骨骼机器人动力学分析及仿真

下肢康复外骨骼机器人动力学分析及仿真一、本文概述随着医疗科技的快速发展，下肢康复外骨骼机器人作为一种新型康复设备，正日益受到研究者和医疗工作者的关注。

本文旨在对下肢康复外骨骼机器人的动力学特性进行深入分析，并通过仿真实验验证其理论分析的准确性。

文章首先介绍了下肢康复外骨骼机器人的研究背景和应用意义，阐述了其动力学分析的重要性。

随后，本文详细阐述了下肢康复外骨骼机器人的动力学建模过程，包括机器人的运动学模型、动力学模型以及控制模型的建立。

在建模过程中，考虑了机器人的结构特点、运动规律以及人机交互等因素，确保了模型的准确性和实用性。

在完成动力学建模后，本文利用仿真软件对下肢康复外骨骼机器人的动力学特性进行了仿真实验。

仿真实验包括了机器人在不同运动状态下的动力学响应、人机交互过程中的力传递特性以及控制策略的有效性等方面。

通过仿真实验，本文验证了动力学模型的正确性，并为后续的实物实验提供了理论支持。

本文总结了下肢康复外骨骼机器人动力学分析及仿真的主要研究成果，并指出了未来研究方向。

通过本文的研究，不仅有助于深入理解下肢康复外骨骼机器人的动力学特性，还为优化机器人设计、提高康复效果以及推动医疗康复领域的发展提供了有益的参考。

二、下肢康复外骨骼机器人概述下肢康复外骨骼机器人是一种辅助人体下肢运动，帮助进行康复训练的先进医疗设备。

这种机器人通过精密的机械结构和智能控制系统，能够实时地感知并适应穿戴者的运动意图，提供必要的助力或阻力，以达到改善运动功能、增强肌肉力量、促进神经恢复等康复目标。

下肢康复外骨骼机器人通常由支架、传感器、执行器、控制系统等部分组成。

支架负责支撑和保护穿戴者的下肢，同时提供运动的轨迹和范围。

传感器则负责实时感知穿戴者的运动状态、肌肉力量、姿态等信息，为控制系统提供决策依据。

执行器则根据控制系统的指令，驱动机械结构产生相应的动作，提供助力或阻力。

在动力学分析方面，下肢康复外骨骼机器人需要考虑穿戴者的运动学特性和动力学特性，以及机器人自身的机械特性、控制特性等因素。

仿生四足机器人步态规划与仿真研究

仿生四足机器人步态规划与仿真研究一、仿生四足机器人步态规划算法仿生四足机器人步态规划是指通过合理的算法和方法来实现机器人的步行运动，保证机器人在不同地形和环境中能够稳定行走。

目前，常见的仿生四足机器人步态规划算法包括基于中心模式生成（Central Pattern Generator，CPG）的方法、基于反馈控制的方法以及基于优化算法的方法等。

1. 基于中心模式生成的方法中心模式生成是仿生学中常见的一种生物神经系统控制模式，通过模拟生物神经系统的节律产生器来实现机器人步态控制。

在仿生四足机器人中，可以通过设计和调整神经元网络的连接权重和传递函数来实现机器人的步行运动。

中心模式生成方法具有较好的动态稳定性和适应性，不受外界干扰影响较小，因此在仿生四足机器人步态规划中得到了广泛应用。

2. 基于反馈控制的方法基于反馈控制的方法是指通过传感器获取机器人当前的状态信息，运用控制理论中的反馈原理来调节机器人的步行运动。

常见的反馈控制算法包括PD控制、PID控制等，可以根据机器人的动力学模型和环境条件来设计合适的控制器，从而实现机器人的稳定行走。

3. 基于优化算法的方法基于优化算法的方法是指利用计算机算法来搜索和优化机器人的步态参数，以达到最佳的步行性能和能耗效率。

常见的优化算法包括遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法等，可以对机器人的步态参数进行自适应调整，从而适应不同地形和工作条件。

为了验证和优化步态规划算法，研究人员通常会构建仿真平台来进行仿真实验。

目前，常见的仿真平台包括虚拟仿真软件（如MATLAB/Simulink、V-REP等）和实物仿真平台（如机器人模型实验平台等）。

1. 虚拟仿真软件虚拟仿真软件是指通过计算机软件模拟机器人的运动和控制过程，可以方便地调整参数和观察机器人的行为。

MATLAB/Simulink是一款常用的仿真软件，具有强大的计算和图形化界面，可以方便地实现步态规划算法的仿真研究。

V-REP是一款三维虚拟仿真软件，可以构建真实的机器人模型并模拟机器人的运动和控制过程，是仿生四足机器人研究的重要工具之一。

步态康复机器人动力学李群李代数建模及仿真

步态康复机器人动力学李群李代数建模及仿真
郭冰菁;韩建海;李向攀;闫琳
【期刊名称】《系统仿真学报》
【年(卷),期】2020(32)6
【摘要】结合刚性支撑与柔性驱动设计气压驱动步态康复机器人,为探究机器人和患者构成的人机共融系统动力学特性,基于李群李代数理论建立了不同步态相下人体步行动力学模型、机器人和人机系统动力学模型,对被动、主动助力、主动抗阻3种不同康复训练模式中的驱动特性和能量特性进行了分析。

仿真求解出机器人关节驱动力矩、人体关节主动力矩,验证了李群李代数法建模的正确性及动力学模型的有效性,为驱动控制系统构建及交互控制策略设计提供理论参考依据。

【总页数】10页(P1126-1135)
【作者】郭冰菁;韩建海;李向攀;闫琳
【作者单位】河南科技大学机电工程学院;河南省机器人与智能系统重点实验室;机械装备先进制造河南省协同创新中心;武汉库柏特科技有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TP242.6;TP391.9
【相关文献】
1.基于李群李代数的复杂机械系统的实时动力学
2.厚积而薄发格物以致知--戴建生教授新著《机构学与机器人学的几何基础与旋量代数》与《旋量理论与李群、李代数》评述
3.基于李群李代数的主被动关节机器人动力学及控制
4.用李群李代数分
析具有空间柔性变形杆件的机器人动力学5.具有弹性关节和空间复合变形杆件的机器人的李群李代数分析方法
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仿生四足机器人步态规划与仿真研究

仿生四足机器人步态规划与仿真研究步态规划是仿生四足机器人研究中的一个重要方向。

步态规划是指通过研究和设计机器人的运动序列，使机器人能够以一种稳定、高效的方式行走。

步态规划的目标是使机器人能够在不同的工作环境中以最小的能耗完成任务。

在进行步态规划时，需要考虑多种因素，如机器人的机械结构、运动学模型、动力学特性等。

首先需要建立机器人的运动学模型，通过求解运动学方程得到机器人各关节的运动轨迹。

然后，根据机器人的运动学模型，计算出机器人的动力学特性，包括关节力和末端力矩等。

通过优化算法对机器人的步态进行规划，使机器人的运动轨迹最优化。

为了验证步态规划的效果，需要进行仿真研究。

仿真研究可以通过建立仿真模型，模拟机器人在不同环境中的运动情况。

通过对仿真模型中的参数进行调整，可以观察到机器人在不同条件下的步态变化。

通过对仿真结果的分析，可以评估不同步态规划算法的性能，并为实际机器人的步态规划提供指导。

目前，对仿生四足机器人步态规划与仿真的研究尚处于起步阶段，仍需要更多的理论和实践探索。

未来的研究可以从以下几个方面展开：一是进一步完善机器人的步态规划算法，提高机器人的运动效率和适应性；二是构建更加精确的仿真模型，包括机器人的机械结构、关节运动学和动力学特性等，以提高仿真结果的准确性；三是考虑复杂的工作环境，如不平坦地面、障碍物等，进一步提高机器人的适应性和抗干扰能力。

步态规划与仿真研究对于提高仿生四足机器人的运动能力和适应性具有重要意义。

通过不断的研究和探索，相信仿生四足机器人在不久的将来将能够在各个领域得到更广泛的应用。

柔性四足步态仿生机器人的机械系统设计与功能仿真开题报告

[8]濮良贵,纪名刚.机械设计[M].北京:高等教育出版社, 2006
[9]熊有伦.机器人技术基础[M].武汉:华中理工大学出版社,1996,8:15-23页,65-67,59
[10]马香峰.机器人机构学[M].北京:机械工业出版社,1991,9:23-26
[11]邓奇，具弹性躯干仿生四足机器人准被动动力学研究，上海交通大学博士学位论文，2012.9
6.中期检查：第二学期第十周（05.11-05.17）
7.预计小组答辩：2015年6月10日至2015年6月12日
8.预计公开答辩：2015年6月15日至2015年6月21日
9.上报成绩时间：第十六周（这是把成绩提交到教务处的时间）
指导
教师
意见
指导教师签字___________
年月日
院系
毕业
设计
领导
西南科技大学毕业设计（论文）开题报告
学院
制造科学与工程学院
专业班级
机械设计制造及其自动化
姓名
学号
题目
柔性四足步态仿生机器人的机械系统设计与功能仿真
题目类型
应用研究
一、选题背景及依据（简述国内外研究现状、生产需求状况，说明选题目的、意义，列出主要参考文献）
（一）选题目的、意义
移动是机器人最为重要的能力之一。利用可移动的机器人系统，人类可以实现危险或复杂环境下的作业。目前陆上移动机器人采用的移动方式主要有蠕动式、轮式、履带式和足式。其中蠕动式运动速度慢，主要应用于诸如管道、废墟等狭小空间内的作业。与蠕动式机器人相比，轮式和履带式速度较快，结构简单，控制方便，运动能耗小，应用范围较广。但是地球表面的许多区域都不适合轮式或者履带式的机器人通行，如不平坦的石床和陡峭的山坡等，这些客观存在的地表特征在一定程度上限制了机器人的活动范围。反观陆地上的四足哺乳动物，它们对地球表面的复杂地形有着极强的适应能力，如山羊能够攀爬陡峭的山崖、雪撬犬能在北极的积雪中来去自如、猎豹能够从隐藏的草丛中瞬间启动并加速至极速以捕食猎物。这些哺乳动物的运动能力是目前绝大多数轮式或履带式交通工具所无法比拟的。为了增强机器人的地形适应能力，扩大人类对自然的探索领域，模仿自然界生物的足式运动特点的足式机器人一直是研究热点之一。根据足的数量，可将现有的足式机器人分为双足、四足、六足、八足甚至更多。其中，四足机器人由于具有稳定性好、环境适应与承载能力强、能实现高速移动等优点，尤其受到国内外机器人研究学者的重视对四足机器人而言，速度是评价机器人性能的重要指标之一。过低的运动速度将会限制四足机器人在未知地形探索、外星球探索、灾情险情救援以及军事等应用范围。因此，在当前的四足机器人研究中，实现机器人的高速奔跑、弹跳越障、吸能减震正在逐渐成为研究的重点。

步态训练机器人人机系统动力学仿真

步态训练机器人人机系统动力学仿真张立勋;王令军;王凤良;王克宽;高峻【期刊名称】《高技术通讯》【年(卷),期】2009(019)011【摘要】Based on MATLAB the man-machine system dynamics simulation of a six-degree-of-freedom robot for gait training was completed by applying the Newton-Euler method. The kinematics constraint equations and dynamics equations of the robot were given, and the constrained matrix equation (CME) of it was constituted. Gait characteristics of people walking on the flat ground were analyzed. Combined with the pressure model of people walking on the flat ground, with the MAT-LAB toolbox, the dynamics simulation model of the man-machine system was established, and the simulation analysis of the robot' s tracking of the gait of people walking on the flat ground was carried out. The simulation results verified that the robot has good adaptability to the biped load of people, and the dynamics parameters of the robot can be conveniently acquired,so the study provides theoretical bases for achieving the robot control and performance improvement.%基于MATLAB对6自由度步态训练机器人的人机系统进行了动力学仿真研究.应用Newton-Euler法,推导了机器人的运动约束方程和动力学方程,构成了机器人的约束矩阵方程(constrained matrix equation,CME);分析了正常人在平地行走时的步态特征,并给出了人在行走时双足对地面的压力模型,利用MATLAB工具箱建立了人机系统动力学仿真模型,并对机器人跟踪人在平地行走的步态轨迹进行了仿真分析.仿真结果表明,步态训练机器人对人的双足负载具有良好的适应能力,可以方便获取机器人的动力学参数.该研究为实现机器人的控制及性能改进提供了理论依据.【总页数】6页(P1153-1158)【作者】张立勋;王令军;王凤良;王克宽;高峻【作者单位】哈尔滨工程大学机电工程学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学机电工程学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学机电工程学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学机电工程学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学机电工程学院,哈尔滨,150001【正文语种】中文【中图分类】TP2【相关文献】1.步态训练机器人对不完全性脊髓损伤患者步态的影响 [J], 郭素梅;李建民;吴庆文;沈海涛;刘广天2.步态康复训练机器人行走步态仿真研究 [J], 李向攀;韩建海;赵书尚3.人体步态分析与负重外骨骼机器人的动力学仿真 [J], 陈梁军;孔令成;王玉成;曹志刚;朱红生4.液压驱动双足机器人步态规划及动力学仿真 [J], 唐火红; 丁婧; 严启凡5.机器人辅助步态训练联合综合康复训练对脑卒中患者步态及生活质量的影响 [J], 王寒明;杨傲然;王欢;王丛笑;耿久军;薛亚峰;郄淑燕因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

仿生四足机器人步态规划与仿真研究

仿生四足机器人步态规划与仿真研究引言随着机器人技术的不断发展，仿生四足机器人已经成为研究的热点之一。

仿生四足机器人能够模仿动物的行走方式，在不同的地形和环境中具有良好的适应性，因此在救援、勘探和军事等领域有着广阔的应用前景。

步态规划是仿生四足机器人行走的关键技术之一，通过仿真研究可以帮助我们更好地理解和优化步态规划算法，提高机器人的运动性能和稳定性。

本文将对仿生四足机器人步态规划与仿真研究进行探讨，旨在为相关研究提供一定的参考和借鉴。

一、仿生四足机器人步态规划技术1.1 四足机器人步态分类四足机器人的步态通常分为步进步态和跳跃步态两种基本类型。

步进步态是指四足机器人依次移动四只腿的一种行走方式，具有较好的稳定性和适应性，适用于复杂的环境和地形。

跳跃步态则是指四足机器人通过同时跳跃两只腿来行走，具有较高的速度和灵活性，适用于需要快速移动的场合。

1.2 步态规划算法步态规划算法是指根据机器人的动力学特性和环境条件，确定机器人各个关节的运动轨迹和步态参数，使得机器人能够稳定地行走。

常用的步态规划算法包括开环控制算法、闭环控制算法和优化算法等。

开环控制算法主要通过预先设定的规则和参数来控制机器人的步态，适用于简单的环境和任务。

闭环控制算法则通过传感器和反馈控制来调整机器人的步态，具有更好的鲁棒性和适应性。

优化算法则是通过数学建模和优化理论来寻找最优的步态参数，以提高机器人的运动性能和稳定性。

步态规划是四足机器人研究中的一个重要挑战，主要表现在以下几个方面：一是机器人的非线性动力学特性和多自由度运动控制；二是复杂的环境和地形条件对步态规划的要求；三是不同类型的步态需要适应不同的任务和场景。

如何有效地设计和实现步态规划算法，成为当前四足机器人研究中的热门问题。

步态规划仿真平台是指利用计算机软件对机器人的运动学和动力学进行仿真和模拟研究，以验证步态规划算法的有效性和稳定性。

常用的仿真平台包括MATLAB/Simulink、ADAMS、ROS等。

正常人体步态的动力学仿真与分析

reaction ii 8 9 % ，indicating that
the
ground reaction
has
important influe
gait.
K eyw ord s：Simulink/SimMechanics；kinetics；simulation；gait analysis；ground reaction force
摘要：为研究人体正常行走时的步态，利用 Simulink/ Sim M echanics对人体下肢进行动力学仿真与分析。首先以二连杆机
构为基础进行动力学仿真建模，并设定模型参数，将模型仿真的结果与利用拉格 < = 方程求解的逆动力学结果进行对
中图分类号 : T P 3 91 .9
文献标识码:A
d o i：10. 3 9 6 9 /j. issn. 1006-2475. 2018. 08. 008
Kinetic Simulation and Analysis of Normal Human Gait
X U Zhong-liua，F A N G Juan ，C H E N Long-fei，M U Zai-le
> 引言
近年来，随着人们生活节奏的加快和工作压力的增大，人们经常进行无规律的饮食和休息，这造成了包括脑卒中在内的诸多老年疾病的发病趋于年轻化。卒中后偏瘫患者在运动、感觉、语言、认知等功能方面存在不同程度的障碍，其中最常见的是行走能力的损伤 [12]。行走障碍严重影响了患者个人的生活质量，也给患者家庭带来了沉重的负担。

基于双足机器人步态规划与运动学仿真

电子技术• Electronic Technology60 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering【关键词】人工智能双足机器人步态规划运动学仿真与以往轮式、履带式机器人相比来看，双足机器人在越障方面的能力较强，移动盲区相比较小，并且具有重量轻、体积小、灵活性强等特征，与人类步行特征相类似，对复杂环境的适应性较强。

在实际应用过程中，双足机器人可适用于放射性、危险性较强，高强度、长时间的单调作业当中。

步态规划有利于提升几人的稳定行走能力，因此对此方面进行研究具有十分重要的现实意义。

1 双足机器人运动学模型构建通过对国内外双足机器人自由度的分析，与人体中关节自由度相结合后，设计了10个自由度机构，分别为两个髋关节、两个踝关节、一个膝关节。

在踝关节与髋关节的两个自由度中，一个是负责前向运动，另一个负责侧向运动；而膝关节中的一个自由度只是负责前向运动。

在本文所设计的双足机器人中，10个自由度均为可转动关节，利用D-H 法构建齐次坐标系，将机器人的各个关节都分别以坐标系的方式表现出来，其中，机器人右脚中心的坐标系O 0-X 0Y 0Z 0为参考坐标系，躯干中心坐标系为O 6-X 6Y 6Z 6，左脚中心的坐标系为O 12-X 12Y 12Z 12，后两者为虚拟坐标系，为计算结果提供辅助和参考。

根据机器人的相关知识可知，杆件坐标系i 与i-1相比，存在的差距为，与之相邻的坐标系之间的矩阵变换为：式中，a i-1代表的是Z i-1到Z i 的距离；ca i-1代表的是Z i-1到Z i 的角度；d i 代表的是X i基于双足机器人步态规划与运动学仿真文/韩金伯到Z i 的测量距离；此处为0；代表的是从X i 到X i-1转动的角度。

通过上述矩阵能够将坐标O 6-X 6Y 6Z 6与O 0-X 0Y 0Z 0的运动学位置进行计算，同样的道理还能够得到其他关节坐标系与参照坐标系间的运动学正解。

一种下肢康复训练机器人步态仿真研究与机构设计分析的开题报告

一种下肢康复训练机器人步态仿真研究与机构设计分析的开题报告一、研究背景现代医学技术的发展使得康复训练越来越受到人们的关注。

在下肢康复方面，常常需要针对不同的康复需求进行训练，比如针对膝关节和髋关节运动受限、肌肉萎缩和神经损伤等情况的康复训练。

针对不同的康复需求，需要设计不同的康复机器人，以方便康复训练且具有良好的康复效果。

因此，研究一种下肢康复训练机器人步态仿真与机构设计分析非常有意义。

二、研究内容1. 研究目的本研究旨在设计一种下肢康复训练机器人，通过步态仿真和机构设计分析，改善康复训练的效果，同时提升康复训练的舒适度和安全性。

2. 研究方法（1）步态仿真采用ADAMS软件进行步态仿真，通过建立仿真模型，模拟人体运动学和动力学，研究康复训练机器人的运动规律和运动状态。

（2）机构设计根据步态仿真结果，设计下肢康复训练机器人的机构，并进行力学分析和性能评估。

3. 研究内容（1）人体步态分析对人体步态进行分析，建立仿真模型，并根据步态规律对机器人进行设计。

（2）机器人机构设计根据仿真结果，设计下肢康复训练机器人的机构，对机器人的力学性能进行分析和评估。

（3）康复训练试验对康复训练机器人进行试验，研究机器人在不同康复训练需求下的效果。

三、研究意义通过研究下肢康复训练机器人步态仿真与机构设计分析，可以获得以下几点意义：1.提高下肢康复训练的效果。

2.提升康复训练的舒适度和安全性。

3.为康复训练机器人的开发提供技术支持。

四、研究计划1.文献综述（半个月）2.仿真模型建立（一个月）3.机器人机构设计（一个月）4.力学性能分析（一个月）5.康复训练试验（两个月）6.数据分析和文献撰写（两个月）五、预期结果1.设计出一种功能强大、安全可靠的下肢康复训练机器人。

2.通过步态仿真和机构设计分析，找到最佳的机构设计和康复训练方案。

3.获得下肢康复训练机器人在康复训练过程中的效果和优化方案。

双足机器人的行走控制与仿真

双足机器人的行走控制与仿真双足机器人是一种复杂的人造机器人，它可以模拟人类的步态进行行走。

在当今科技的发展中，双足机器人的应用越来越广泛，例如在残疾人康复、足球比赛和军事领域等方面都起着重要的作用。

为了实现双足机器人的高效和安全行走，需要进行行走控制和仿真的研究。

一、双足机器人的行走控制在双足机器人的行走控制中，主要有以下几个方面的技术：1. 步态规划步态规划是指为双足机器人规划一套合理的步态方式，让机器人可以稳定地进行行走。

在步态规划中，需要考虑足端和身体的着地位置、步态周期、步幅和步速等因素。

通过这些规划，可以使双足机器人实现更加灵活、平稳的步态。

2. 动力学控制动力学控制是指控制机器人进行行走时，根据机器人当前的状态、环境变化和任务需求，及时调整机器人的姿态，实现稳定的步态。

在动力学控制中，需要考虑机器人的平衡性、稳定性和动态性。

3. 路径跟踪控制路径跟踪控制是指通过计算机控制双足机器人的步伐，由计算机控制机器人按照预设的路径进行行走。

这种控制方法可以更加稳定地控制机器人步态，减少机器人的倒地风险。

二、双足机器人的仿真双足机器人的仿真是指通过计算机模拟实际的机器人操作和环境，以验证双足机器人的行走控制算法和策略。

通过仿真，可以更加准确地评估双足机器人的性能，从而为实际应用提供优秀的参考。

1. 建立仿真模型建立双足机器人的仿真模型是仿真的首要步骤。

在建立仿真模型时，需要考虑双足机器人的几何结构、质量、动力学特性等因素。

通过数学建模和仿真建模软件，可以构建出一个符合实际情况的双足机器人模型，以便进一步进行仿真分析和测试。

2. 仿真分析仿真分析是通过模拟实际情况，测试控制算法和策略的有效性。

在仿真分析中，可以模拟不同的运动状态、环境因素和操作要求，验证不同的控制方案和策略。

仿真分析可以大幅度缩短实际测试时间和成本，并可以重复测试以进行验证。

3. 仿真优化双足机器人的仿真优化是指通过仿真结果分析，改进双足机器人的行走控制算法和策略，提高双足机器人的稳定性、灵活性和交互性。

步态训练机器人人机系统动力学仿真

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力量训练
［)］
、生物信息反馈控制等关键技术，开发出
了一种可以实现多种步态训练的机器人。目前对机器人动力学的研究大多集中在其机械
［7， (］结构上，而对人机系统动力学的研究较少。步
态训练机器人的服务对象是人，仅对其机械机构进行动力学分析是不充分的，因此在考虑人的作用力的基础上来研究步态训练机器人的动力学问题才具有现实意义。本文应用 89:;"-.<=>9? 法，基于 234. ［L］在引入人在平 536 建立机器人动力学仿真模型，地行走时双足对地面的压力模型的基础上，搭建了人机系统动力学仿真模型，并对机器人跟踪人在平地行走的步态轨迹进行了仿真研究，为实现机器人的控制提供了理论基础。
* * 又根据几何关系得其中，) * $ ’ ( ) ，(* $ ’ ( ( 。（ # !）$ + ! ! , + &’# （ # )） + " ! , + &’#
将右支架的质心位置方程为求二阶导数得 ’) ) $ " （ ’ ! ’ ,）%（ , + % , ) . ）（ #!）（#! ! &’# ! ! （ #!））（"0） ! "! #$% ! ’ ) ( $ , )（（ # !）% #! #$% （ #!））（!+） . " ! &’# （$%&） ! " # 约束矩阵方程令 &’# （! /01 ! # !）$ （! /01 ! # !）$ 2-! ， #$% （ # ! ! !" !!）$ 3 "! 4 ，（ # ! ! !" !!）$ 3 -! ，#$% &’# （!" ! # !） $ 3 "! ，&’# （!" ! # !） $ 2"! 4 ， #$% 2"! 4 ，（ # !）$ 3 ! ，（ # !）$ 2! ，将机器人的 "- 个动力 #$% &’# 学方程和 . 个运动约束方程组成线性方程组，以矩阵表示就构成 !+ 阶的约束矩阵方程（ 123），见式