减小仿人机器人后摔伤害的运动规划

发布时间：2017-04-14 05:03

  本文关键词：减小仿人机器人后摔伤害的运动规划，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：仿人机器人在作业过程中难以避免摔倒的风险,之前的运动规划研究中,机器人一旦摔倒因冲击力过大造成结构损坏而不能继续作业,限制了其应用范围。本文针对机器人摔倒后不能继续作业的问题,结合国家自然科学基金项目“仿人机器人多模态运动与转换理论与方法”,开展减小仿人机器人后摔伤害的研究,达到减小机器人摔倒后冲击力的问题,进而保护机器人本体结构,使其能够继续作业。主要研究内容和成果如下:首先,介绍了仿人机器人摔倒保护的研究目的和意义,总结分析了国内外仿人机器人在摔倒保护方面的研究现状和发展趋势。其次,采用空间矢量法建立了基于浮动基座的仿人机器人动力学模型,推导了含有脚与地面接触约束的仿人机器人动力学方程,为仿人机器人保护与运动控制提供理论依据。第三,建立了倒立摆飞轮结合在线姿态补偿的机器人后摔模型。提出基于参数化最优控制的保护动作规划方法,降低摔倒着地时的冲击力。针对现有机器人触地前摔倒保护方法不能进行冲击力分配的问题,提出了最小腿长伸缩比的概念,分析了最小腿长伸缩比对机器人身体部位冲击力的影响。第四,针对机器人触地后存在面面接触、滑动等因素从而导致数学建模困难的问题,本文采用仿生策略模拟人体摔倒触地后的保护动作序列,进行机器人后摔触地后的动作规划。确定了满足后摔多点碰撞触地时缓冲材料的参数。最后,对提出的理论和算法在Adams动力学仿真软件平台和BHR-6P上进行验证,验证本文算法的有效性。
【关键词】：仿人机器人 后摔保护 倒立摆飞轮 腿长伸缩比 轨迹规划
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 本文研究的目的和意义9-11
• 1.2 仿人机器人国内外研究现状11-16
• 1.3 仿人机器人摔倒保护研究现状16-18
• 1.4 本文主要研究内容18-20
• 第2章 仿人机器人动力学建模20-31
• 2.1 概述20
• 2.2 仿人机器人建模与动力学方程20-30
• 2.2.1 空间矢量法20-23
• 2.2.2 动力学建模23-28
• 2.2.3 动力学方程28-30
• 2.3 本章小结30-31
• 第3章 仿人机器人后摔 - 触地前轨迹规划31-42
• 3.1 概述31
• 3.2 仿人机器人后摔保护策略分析31-32
• 3.3 参数化控制及强化技术32-35
• 3.3.1 参数化最优控制器设计32-33
• 3.3.2 强化技术33-35
• 3.4 仿人机器人后摔  触地前轨迹规划35-41
• 3.4.1 倒立摆模型35-38
• 3.4.2 倒立摆飞轮模型38-40
• 3.4.3 倒立摆飞轮模型+在线姿态补偿40-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 仿人机器人后摔 - 触地后轨迹规划42-53
• 4.1 概述42
• 4.2 触地后轨迹规划42-45
• 4.3 后摔多点接触必要条件45
• 4.4 多层缓冲结构冲击响应分析建模45-49
• 4.5 多层缓冲结构冲击响应实验分析49-52
• 4.6 本章小结52-53
• 第5章 仿真与实验53-70
• 5.1 概述53
• 5.2 仿真总体方案53-54
• 5.2.1 仿真环境构建53-54
• 5.2.2 仿真方案设计54
• 5.3 摔倒仿真分析54-64
• 5.4 摔倒实验验证64-69
• 5.5 本章小结69-70
• 结论70-72
• 参考文献72-78
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单78-79
• 致谢79

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4 ;质疑“仿人机器人”[J];机器人技术与应用;2003年03期

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6 钟华,吴镇炜,卜春光;仿人机器人系统的研究与实现[J];仪器仪表学报;2005年S1期

7 李允明;;国外仿人机器人发展概况[J];机器人;2005年06期

8 李艳杰,赵铁军,谈大龙,吴镇炜,钟华;仿人机器人发展现状及其腰部机构研究[J];机械科学与技术;2005年04期

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1 钟华;吴镇炜;卜春光;;仿人机器人系统的研究与实现[A];第三届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2005年

2 李国进;易丐;;仿人机器人的一种双向动力学建模方法[A];中南六省（区）自动化学会第二十九届学术年会论文集[C];2011年

3 赵铁军;赵明扬;;仿人机器人柔性腰部机构设计[A];制造业与未来中国——2002年中国机械工程学会年会论文集[C];2002年

4 于爽;张永德;;一种仿人机器人面部的结构设计[A];2002年黑龙江省机械工程学会年会论文集[C];2002年

5 李艳杰;钟华;吴镇炜;李斌;;仿人机器人腰机构控制及分析实验平台研究[A];第二届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2004年

6 王少锋;王崴;张进华;洪军;;基于生物力学特性仿人机器人的研究[A];全国先进制造技术高层论坛暨第七届制造业自动化与信息化技术研讨会论文集[C];2008年

7 王申江;郭祖华;;仿人机器人下蹲动作的最优控制[A];北京力学会第20届学术年会论文集[C];2014年

8 ;一种仿人机器人面部的结构设计(英文)[A];2002年黑龙江省机械工程学会年会论文集[C];2002年

9 龚海里;李斌;张国伟;王聪;郑怀兵;;仿人机器人伺服灵巧手臂模块化控制系统设计[A];中国仪器仪表学会第十二届青年学术会议论文集[C];2010年

10 周珂;冯帅;孙增圻;华芳;徐正光;;仿人机器人步态模型的抗干扰分析[A];2007年足球机器人大会论文集[C];2007年

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1 本报记者 李凝;让“仿人机器人”走出实验室[N];科技日报;2008年

2 本报记者付毅飞;仿人机器人能亮相奥运会场吗？[N];科技日报;2003年

3 记者 李凝;仿人机器人会打太极拳[N];科技日报;2008年

4 国防科技大学 潘献飞 谭红力;仿人机器人新新“人类”[N];计算机世界;2002年

5 史晓波;仿人机器人能打太极拳[N];科技日报;2002年

6 记者 李江涛;仿人机器人“汇童”首次亮相[N];人民日报;2005年

7 吉星　本报记者 郭俊峰;首届仿人机器人“奥运会”开幕[N];黑龙江日报;2010年

8 记者 付毅飞 刘恕 李凝;我国仿人机器人竟是“武林高手”[N];科技日报;2005年

9 记者 汪永安;仿人机器人“智能脚”研制获突破[N];安徽日报;2012年

10 ;当梦想成为现实[N];经济参考报;2013年

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1 张大松;仿人机器人快速动态作业平衡算法研究[D];浙江大学;2014年

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4 李春光;仿人机器人运动规划与蜂拥控制研究[D];江南大学;2015年

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