一、RESEARCH ON THE DOF DISPOSITION AND MECHANISMS DESIGN OF HUMANOID ROBOT（论文文献综述）
冷晓琨[1]（2020）在《双足机器人参数设计及步态控制算法研究》文中提出机器人学作为交叉学科,汇集了当今机械、电子、自动化控制和计算机等相关领域的研究成果,是当前世界科技研究最为前沿的领域之一。相对于传统的轮式机器人,双足机器人的运动学结构使其能适应人类生活和工作环境,实现人-机共存。然而将双足机器人应用于人类日常生活仍存在技术问题尚待解决,例如机器人本体性能不足所导致的行动能力差、行走速度缓慢,机器人轨迹规划和控制方法的鲁棒性弱所导致的抗干扰能力差、高速行走稳定性差、行走速度难以提高等等,以上问题制约了双足机器人的推广及应用。相比国外尤其是以美国、日本为首的双足步行机器人的领先水平,我国在该领域的机器人本体样机设计、运动系统构建、步态轨迹生成与优化控制等方面仍存在较大差距。本文围绕如何提升双足机器人运动能力、步态控制及步态稳定性等问题开展研究工作,目的在于不断完善相关参数设计方法和控制理论体系,以此设计出高性能指标的双足机器人样机,实现具有抗扰动能力的稳定行走,进一步缩小与国外机器人研究水平的差距。为解决以上问题,提高双足机器人运动能力和行走稳定性,本文开展了以下研究。1、由于在复杂行走环境中双足机器人在全驱动与欠驱动状态之间切换,传统建模方法仅能在足底与地面全接触的条件下保持运动稳定性。针对该问题,首先对双足机器人动力学模型进行分析,研究传统的双足机器人7连杆动力学模型,引入浮动基方法对双足机器人进行动力学建模,在双足机器人脚掌与地面有相对滑动的情况下仍可以保持准确的躯体姿态,进而提高步态的稳定性。同时,基于足旋转状态下的足尖接触FRI判据,扩展传统ZMP判据的应用范围。然后结合双足机器人动力学分析、行走稳定性判据及行走环境等影响因素,给出保证机器人稳定行走的多种约束条件,作为步态轨迹规划的基础。最后基于动力学对双足机器人倒地过程进行分析,通过力控降低机器人倒地时所受的冲击伤害。2、针对现有人形双足机器人本体运动能力不足的问题,采用多目标参数优化方法设计高性能的双足机器人样机。首先通过分析机器人设计需求,提出机器人样机关键指标,然后将参数设计过程视为多目标最优化求解问题。通过双足机器人步行优化分析建立机器人行走过程中步行速度、行走稳定性和性能需求之间的函数关系。以步行速度、稳定性和性能需求为优化目标,给出优化目标函数。提出基于非线性多目标优化得到目标参数最优集的方法,通过该方法得到目标参数集。进一步结合基于物理引擎的步态仿真,对机器人的自由度配置、结构设计、运动性能和行走效果评估,在整机方面验证参数设计的有效性。同时通过合理选取机器人腿部的驱动机构等方法进行结构优化,从而在同等质量下获取更好的机器人关节驱动效率。最终完成双足机器人样机参数设计,与国外同规格机器人相比,机器人样机具有更轻的质量及更大的输出扭矩。3、针对三维线性倒立摆的轨迹规划方法具有轨迹跟踪精度低和运动鲁棒性差的问题,提出基于全身动力学模型与二次规划的双足机器人系统控制方法。在三维线性倒立摆的冠状面和矢状面的行走轨迹规划中引入DCM质心轨迹反馈跟踪控制,并分析DCM算法跟踪精度。提出利用摩擦锥模型描述机器人脚掌与地面的接触状态,结合各项约束条件求解足底接触力及各个接触点的接触力矢量,提出基于逆动力学的关节力控轨迹跟踪方法。最后构建轨迹接触点序列与参考接触点序列的偏差代价函数,提出了一种基于PD控制的二次规划最优控制器。实体机器人实验表明该系统控制方法相较于位置控制方法更加柔顺和鲁棒。4、为进一步提高机器人步态算法的鲁棒性,分别研究行走过程中机器人内部扰动和外部绕扰动的抗干扰方法。针对机器人行走过程中内部扰动,首先从双足机器人行走相衔接平滑等方面降低角动量影响。然后通过分析简单质点模型及全身角动量模型,提出了基于全身角动量的优化轨迹生成方法,并利用该方法生成CMP参考轨迹。根据CMP参考轨迹,求解DCM轨迹并提出一种质心轨迹的求解算法,实现了行走轨迹优化。实验证明,相对于简单质点模型,基于全身角动量模型的轨迹优化方法提升了机器人对内部扰动的抗扰能力。针对机器人行走过程中的外部扰动,研究机器人受推检测方法及受扰动后的平衡恢复方法和限制。基于轨道能量分析提出了动态捕获点位置求解方法,求解出机器人受推时的落脚点,构建受推后的浮动基稳定性抗推策略,控制机器人在行走状态下受到扰动后恢复平衡。综上所述,本文围绕提升双足机器人本体性能及运动鲁棒性相关问题展开研究工作,目的是从理论上设计并实现一种性能强劲的双足机器人样机,配合完善的理论模型并设计先进的最优轨迹控制框架,从理论和方法上提高机器人步态行走的鲁棒性,在一定程度上促进我国仿人机器人相关研究的发展。
于佳圆[2]（2020）在《基于HMM的仿人机器人运动模仿学习方法研究》文中研究表明仿人机器人是指具有四肢、头部和躯干等类人外形特征,并具有与之相对应的类人动作特征的机器人。比较其它类型的机器人,仿人机器人更易于模仿人类的行为,即动作“像人”。动作像人使其能适应人类环境、使用无需改装的人类工具,能以与人相似的动作完成各种复杂任务,从情感上更容易为人类所接受。因此,对人类动作的模仿学习一直是仿人机器人运动规划领域的研究热点。但由于人类动作种类繁多、表征复杂,且不同类型仿人机器人的身体结构都存在差异,仿人机器人对人体动作的模仿学习方法面临着巨大的挑战。本文研究小型仿人机器人（NAO）对人体动作的模仿学习方法。以人体动作公开数据集（MSR Action3D）中的动作作为模仿对象,建立了仿人机器人对人体动作的模仿学习框架。对人体动作数据处理、动作数据建模、动作识别、仿人机器人动作轨迹生成以及动作模型存储等问题展开了研究。具体工作如下:首先,参照仿人机器人NAO的机构参数和自由度配置,提出人体右臂简化模型中4个关节角度的计算方法,将数据集中关节位置笛卡尔坐标的变化序列转化为关节角度的变化序列。进一步根据得到的角度变化序列和NAO机器人的运动学约束,计算出上述关节角速度和角加速度的变化序列,组合成为动作数据。其次,应用混合高斯隐马尔可夫模型（GMM-HMM）对动作数据进行建模的方法,建立动作模型。根据所建立的动作模型,提出动作数据的识别方法。根据模型参数,提出从连续的动作数据中提取离散运动元素的方法。根据提取出的运动元素,提出动作序列生成、序列长度归一化和序列平均化的方法,实现仿人机器人动作轨迹的生成。根据动作模型之间的关系,提出将动作模型组织为二叉树存储结构的动作模型存储方法。最后,基于MSR Action3D数据集中的人体动作数据以及小型机器人NAO实验平台,设计了关节角度计算验证实验、动作建模与动作识别实验、运动元素提取与仿人机器人动作轨迹生成实验以及动作模型存储实验。实验结果证明了本文所提出的仿人机器人动作模仿学习框架及方法的有效性。
孙鹏[3]（2020）在《一种新型混联冗余仿人机械臂的运动特性分析与设计》文中进行了进一步梳理仿人机械臂作为人机共融领域最常见、最重要的执行器,不仅可以完成焊接、搬运、投掷等一系列活动,还可以配合人类完成制造工厂结构化环境之外的具体任务。随着生产需求的发展和服务对象的变化,对机械臂的灵敏度和可操作性的要求也越来越高。因此,为解决典型机械臂固有特性的限制,实现轻量级灵巧臂的设计及应用,本文提出了一种串并混联冗余仿人机械臂,并对串并混联机构的运动学、动力学和性能优化等方面展开相关研究。主要内容如下:基于人体手臂的运动解剖分析,制定了仿人机械臂的设计指标,并根据构型综合的GF集理论对机械臂进行了关节布置和自由度分配。其中仿人肩关节以2自由度球面5R并联机构为原型,仿人肘关节选型为3自由度串联机构,仿人腕关节以3自由度球面3-RRP并联机构为原型。根据修正的Grübler-Kutzbach公式,分析了各个关节的自由度性质,验证了所选用的关节构型能够满足设计指标所提出的动作要求。应用现代数学工具（如旋量理论,指数积公式,李群李代数和虚功原理等）,对混联机构的运动学展开研究,推导归纳出广义的分析方法。基于广义坐标系和指数积公式建立了位置正解思路;利用Paden-Kahan子问题解决了位置反解问题,并分析了反解的辨识问题;根据旋量理论和李群李代数推导了运动学传递的雅可比矩阵和海森矩阵。以本文提出的串并混联冗余仿人机械臂为例,详细展示了混联机构的运动学分析过程,为其动力学建模和性能优化提供理论基础。利用本文建立的直观简洁的运动学传递模型,得出了杆件运动学传递矩阵,并基于虚功原理推导了该机械臂的标准化动力学模型公式。根据3种不同的运动工况,分析了加速度力矩、科氏力矩和重力矩在动力学模型中的贡献特点。仿真结果表明,进行动力学模型的简化计算时,不能简单的忽略科氏力和加速度的贡献,这为动力学模型的参数辨识提供理论基础。根据仿人机械臂的运动传递特点,分布式设定了机构的性能评价指标,规避了整机全域指标的复杂性和不适性问题。采用边界搜索法绘制了工作空间,着重分析了仿人肩关节的姿态空间、仿人肘关节的位置空间和末端平台的主动姿态空间。研究了串、并联机构传递指标的非同性,分别设定了并联肩关节、并联腕关节的传递指标和整机的线速度性能指标。针对多参数的优化设计问题,提出了一种多参数平面模型,实现了可视化优化设计过程。以工作空间和传递性能为评价指标,基于多参数平面模型,给出了仿人机械臂的结构参数优化结果,并结合机构紧凑型需求和加工装配工艺要求,最终确定了仿人机械臂的各关节的结构参数。综合本文的理论分析成果,设计组装了仿人机械臂物理样机。基于现有实验条件,设定了运动测试方案,搭建了相应的实验研究平台,并基于驱动电机的运动控制模式建立了测试控制系统。通过对测试数据进行分析,验证了物理样机构型的合理性及其运动性能与理论分析的一致性。最后,总结归纳了目前研究的不足之处,为今后的研究工作指明了方向。
陈品品[4]（2020）在《绳索-齿轮混合传动的仿人机器人下肢设计与研究》文中指出随着技术的进步和社会经济的发展,机器人领域受到国内外学者越来越多的研究,并已在多个领域得到广泛应用;但对于仿人机器人的研究目前还存在不少关键问题亟待解决。考虑到传统机器人的电机和减速器的驱动方式使得整个机器人各个关节质量较大且机器人的运动刚性偏大。本文从仿生学的角度出发,用柔性绳索来代替肌肉及肌腱组织带动关节运动。绳索传动方式能够使末端关节呈现更好的柔顺性,还能吸收一定的末端冲击保护机构不受损伤;但绳索传动基于杠杆原理需要一定长度的动力臂。考虑到人体下肢的髋关节距离腰部太近,如果使用绳索传动不能实现一定长度的动力臂且达不到所需的关节力矩;如果髋关节使用传统电机驱动则能达到较大力矩的同时带来较小的末端关节质量。综上所述,本文侧重于采用绳索-齿轮混合传动方案的仿人机器人下肢的设计及相关研究。本课题的主要研究内容如下:首先对人体下肢运动机理进行分析,对相关的人体步行数据进行曲线函数拟合并设计误差函数就拟合度对其评价。然后介绍了混合传动的设计;提出了髋关节的齿轮传动方案和膝关节及踝关节的绳索传动方案并且对绳索的传动构型和张力控制进行介绍;并且对仿人下肢机器人的结构进行整体三维建模。其次基于行走时双腿交替摆动的过程将仿人下肢结构简化为四连杆机构,对其进行运动学和动力学分析并且在MATLAB和ADAMS中进行仿真验证。最后对髋关节采用的直流电机和减速器模块进行数学建模,在Simulink中进行仿真分析。对仿人下肢结构进行基于动力学模型的PD控制策略仿真并对结果进行分析;采用PID控制策略对基于导入的三维模型进行了 ADAMS和MATLAB的联合仿真,并将结果与基于动力学模型的仿真结果进行对比分析。得到了一种PID控制器能够在绳索拮抗驱动关节时有效的控制转动力矩及速度。
曹宝石[5]（2020）在《具有2DOF腰部仿人机器人的工作空间和运动规划研究》文中指出仿人机器人是一种外观与人相似,具有移动功能、感知功能、操作功能的智能机器人,它不仅能够独立完成操作任务,还能与人类协作完成操作任务。仿人机器人移动平台在到达指定位置后,操作任务主要依靠仿人机器人高灵活的臂腰系统来完成。由于臂腰系统具有高冗余的特性,如何实现其高灵巧的操作运动规划,以避免操作过程中增加约束限制而导致任务失败是其研究的重点。此外,在臂腰关节传动链内含有谐波减速器等柔性元器件,使得关节具有柔性,从而导致仿人机器人在运动中会发生不可避免的振动,而过大的振动会导致操作任务失败。因此,仿人机器人运动中的振动必须加以抑制。为完成仿人机器人的设计,本文首先分析了仿人机械臂及仿人头部的参数,并结合自上而下的设计顺序与仿人机器人操作任务,确定了仿人机器人腰部设计需求。然后,通过人类腰部运动特征分析,确定了仿人机器人腰部自由度及其构型。在设计了腰关节机械机构、内部传感器系统分布、电气系统及保护措施后,通过参数辨识实验,确定了腰关节的控制参数。最后,通过腰部连接仿人机器人其余部分,完成了仿人机器人系统设计。将仿人机器人主要尺寸参数与成人尺寸参数进行对比,结果表明仿人机器人整体尺寸相对协调。通过对比增加腰部前后的仿人机器人工作空间范围,说明了可运动的腰部有效提高了仿人机器人的操作范围。腰关节性能参数表明所设计的腰关节具有高减速比,输出力矩大,传动轴向尺寸小的特点。同时,腰关节内还集成了多种传感器,并具有机电一体化的特点。工作空间范围及在工作空间内的操作灵巧性是衡量仿人机械臂性能的重要指标。本文结合臂角范围及机械臂运动学逆解的存在性,定义了机械臂工作空间位姿灵巧度,用来描述机械臂在指定抓取方向的灵巧性。与经典工作空间灵巧指标进行对比,工作空间位姿灵巧度不仅考虑了机械臂在指定方向上到达的概率,还将可行臂角范围考虑在其中,对机械臂的操作灵活性的描述更加全面。此外,本文采用解析法判断运动学逆解的存在,不仅避免了逆运动学求解精度导致的灵巧度计算不准确,还可以通过存储可行臂角范围或最优臂角来加速轨迹优化。同时,本文定义了工作空间位置灵巧度,用来描述仿人机械臂在工作空间内不同区域的操作灵巧性。与经典的机械臂工作空间灵巧指标进行对比,本文提出的工作空间位置灵巧度定义的高灵巧工作空间区域在完成指定操作任务,如到达指定位姿,完成指定轨迹的能力与方向可达指数类似,明显优于工作空间密度,可操作度与条件数所定义的高灵巧工作空间区域,尤其在完成带有臂角约束的操作任务时,相对经典灵巧性指标具有明显优势。仿人机器人系统具有高冗余自由度的臂腰系统,为实现臂腰系统的高灵巧运动规划,本文首先通过位置灵巧度建立仿人机械臂高灵巧工作空间,并利用高灵巧工作空间分布进行腰部关节角度优化;然后,通过仿人机械臂位置灵巧度确定操作平面内最佳操作位置,并将其确定为操作目标的移动终点,便于实现对操作目标的复杂操作;最后,通过仿人机械臂位姿灵巧度对目标抓取方向进行优化,以实现抓取姿态的高灵巧性。在通过仿人机械臂灵巧度确定机器人完成操作任务过程中的关键位姿及对应关节角后,通过样条曲线实现对应关节角度的平滑连接,并利用关节样条轨迹离散插补生成关节驱动轨迹,从而实现仿人机器人的灵巧操作的轨迹规划。针对需要反复执行的操作任务,本文提出一种改进粒子群算法来实现约束条件下仿人机械臂基于轨迹优化的振动抑制。此方法以残余弹性势能为优化目标函数,通过约束机械臂关节控制点位置（或/和）机械臂末端笛卡尔空间控制点位置,完成约束条件下仿人机械臂的轨迹优化,从而找到残余振动最小的关节驱动轨迹,实现关节振动抑制。此外,对于实时性要求较高的操作任务,本文提出一种基于仿人机器人重心减速的实时轨迹修正方法来实现振动抑制。首先,通过关节力矩传感器在运动中的变化规律,确定机器人振动时间与运动状态。其次,通过修正关节轨迹降低仿人机器人重心变化速度,从而减小振动增大趋势,实现振动抑制。
能一鸣[6]（2020）在《小型仿人机器人在线步态规划方法及自由行走实验研究》文中进行了进一步梳理近年来,小型仿人机器人在智能教育领域得到越来越多的应用。目前,市场上主流的小型仿人机器人存在运动模式单一的问题,只能再现预设行为,而无法实现自由灵活的动态行走。针对上述问题,本文旨在通过步态规划方法和结构设计上的针对性改进,赋予自主研制的小型仿人机器人在平面上自由灵活行走的能力。主要研究工作如下:1.以三维线性倒立摆模型为基础,对基于目标落脚点的步态规划方法进行了详细分析,建立了步行参数与行走路径的映射关系以实现圆弧式路径跟踪。在上述研究基础上,提出了一种基于预观信息的步态规划改进方法。该方法可以识别特定步行模式从而实现针对性调整,并减小实际落脚点与目标落脚点之间的偏差。2.建立了21自由度机器人模型并基于解析法完成逆运动学分析,进而给出了完整的步态规划设计流程。在质心轨迹规划环节中,提出了一种基于5次样条函数的双足支撑期质心运动规划方法。3.设计制作了机器人物理样机。在保证机器人结构紧凑、简洁的同时,利用平面推力滚针轴承,完成其髋关节改进设计以及腰部偏航自由度舵机的添加。基于物理样机参数,在ADAMS中进行了机器人行走仿真,验证了物理样机设计的合理性。4.基于Qt框架,开发了一套多线程、模块化的机器人实时行走控制系统软件。通过不同的顶层调度方式,在共用基本功能模块的基础上,实现了两种在线步态规划模式,即:基于一串目标落脚点的“落脚点地图”模式和基于操作者实时操控指令的“摇杆”模式。在上述研究基础上,完成了包含基础步态与灵活步态的机器人自由行走实验。基础步态行走实验包括直线行走、原地转向以及横向跨步;而灵活步态行走实验包含“S”形路径跟踪避障、快速步态切换、灵活转向以及基于“摇杆”模式的实时行走操控。
詹穗鑫[7]（2020）在《基于点阵结构的仿人机器人下肢轻量化研究》文中研究指明机器人轻量化设计是机器人研究领域的热点问题之一,尤其在仿人机器人领域备受各方学者关注。本文目的在于进一步提高仿人机器人的轻量化程度,结合了拓扑优化、衍生式设计、点阵结构三种优化方法,对机器人的下肢主要结构件进行了轻量化设计,并通过仿真分析和试验研究优化模型的强度、刚度、疲劳寿命等一系列参数。首先参考人体下肢骨骼系统的结构和行走步态,建立了仿人机器人下肢的原始模型。其次根据机器人的重量和平地行走步态,在ADAMS中通过步态仿真获得了机器人下肢各零部件的主要受力情况。根据机器人足踝部、小腿和大腿的受力情况,分别使用拓扑优化方法和衍生式设计方法对其进行结构优化设计,得到一个拓扑优化模型和多个衍生式设计模型,并进行强度、刚度和质量的比较,选出最优模型。根据机器人下肢三个主要部件的尺寸比例和受力情况,建立缩小近似试样,使用试样对体心立方结构、面心立方结构和六边形点阵结构的强度、刚度进行仿真分析,在一定程度可以类比机器人下肢零部件的点阵结构优化效果。经过轻量化效果和强度、刚度的综合比较,选出最适用于相应零部件的点阵结构,将其用于衍生式设计模型的二次优化。对机器人下肢三个主要部件的衍生式设计模型进行点阵结构优化,并根据点阵结构的表皮、支柱截面、节点尺寸对模型强度的影响,从这三个方面对模型细节进行修改,使得最终优化模型的强度和刚度满足要求,保证二次优化模型的有效性。之后,对优化模型进行3D打印仿真,验证模型的可制造性。最后,设计了点阵结构试样的小型疲劳试验机,对体心立方结构、面心立方结构和六边形点阵结构试样的疲劳寿命进行了试验,在等效应力相近的情况下比较各试样的疲劳寿命,并根据相应的仿真应力评估机器人下肢的疲劳寿命。试验和仿真结果均表明优化模型的强度和刚度满足要求,轻量化设计模型有效,机器人下肢单腿质量仅为6.46kg。
陈鑫[8]（2019）在《仿人双足机器人步行控制方法研究》文中研究说明仿人双足机器人的研究是机器人研究领域的一个重点内容,其涉及到许多学科的内容。虽然仿人双足机器人能够帮助甚至代替人类完成许多危险或劳动强度大的工作,但是因为仿人双足机器人是一个高阶、复杂、非线性的系统,所以对其控制方法的研究仍存在许多的困难与挑战。本文针对一种新型仿人双足机器人项目需求,设计了一款仿人双足机器人原理样机,进行了步行控制方法的研究。首先,参考人类腿部结构,利用SolidWorks软件设计了一种10自由度的仿人双足机器人原理样机机械结构,并用ANSYS软件对关键零部件进行了静力学分析。在此基础上,进行了机器人控制系统器件的布局与布线方案设计。其次,建立了与机器人机械结构相对应的连杆模型,并确定了对应的关节坐标系。根据D-H法则推导出了机器人的正运动学模型,利用几何方法完成了机器人逆运动学建模与解算。再次,针对仿人双足机器人腿部质量所占比重较大的特点,提出了一种考虑腿部质量分布情况的改进型双连杆倒立摆模型,并基于该模型设计了相应的步态规划算法。利用所提步态算法规划出了机器人的行走姿态,并通过多项式插值方法计算得到了机器人各关节的运动轨迹。在V-REP环境中构建了仿人双足机器人模型,并与MATLAB软件进行了联合仿真,验证了步态规划算法的合理性和可行性。然后,在对仿人双足机器人控制系统需求进行深入分析后,完成了系统总体方案设计和关键部件的选型。采用模块化设计思想完成了微控制器最小系统电路、舵机控制模块接口电路、电源模块电路和传感器模块电路等的原理图设计与PCB图设计。分析了机器人控制系统软件需求,完成了系统软件总体架构设计以及各模块详细设计。最后,完成了仿人双足机器人步行控制算法相关实验。通过姿态实验测试了机器人各关节的响应特性以及各部位之间的干涉情况。基于本文所设计的步行控制算法,完成了仿人双足机器人在实际环境中的行走实验。实验结果表明本文所设计的步态算法是可行的。
孟立波[9]（2018）在《仿人机器人的摔倒保护策略及其运动规划》文中研究表明仿人机器人具有人类的外形特征,不需改造就能直接使用人类的工具,适应人类生活和工作环境,是一种理想形态的智能机器人。仿人机器人特有的双足行走方式,能够通过轮式、履带式等机器人无法越过的障碍,具有很强的移动能力和灵活性。另一方面,仿人机器人的重心较高,靠面积较小的足部支撑,难以避免机器人突发摔倒,无法继续工作,是制约仿人机器人进入实用化的瓶颈之一。本文结合国家自然科学基金重大国际合作研究项目“仿人机器人多模态运动与转换理论与方法”,通过研究人体摔倒保护运动规律,设计适用于仿人机器人的摔倒保护控制方法,降低机器人摔倒之后受到的损伤,提高仿人机器人的环境适应能力。本文的主要研究内容和成果如下:首先,从人体摔倒保护运动研究出发,设计了基于多种传感器的人体摔倒运动采集系统,包括光学运动捕捉系统,六维力传感器以及加速度传感器,通过进行多组被试者的向前摔倒和向后摔倒实验,采集人体摔倒动作的运动数据。为本文的研究提供了仿生学依据。其次,根据碰撞发生的时间将人体摔倒运动分为多个阶段进行讨论,根据人体摔倒运动数据分析各个阶段的运动规律。将对人体摔倒运动影响较大的膝关节、髋关节运动,头部和躯干的加速度,人体摔倒时的冲击力进行定量分析。最后,提出基于人体摔倒运动规律的仿人机器人摔倒保护运动控制策略。第三,建立基于三阶倒立摆的仿人机器人摔倒运动简化模型,弥补了线性倒立摆模型无法描述仿人机器人腿部和躯干转动、摔倒时多次碰撞的不足。推导了的三阶倒立摆向前和向后摔倒运动的动力学方程,并建立了摔倒碰撞模型。建立了仿人机器人摔倒的状态方程,根据人体摔倒运动规律和机器人自身硬件给出了约束条件,通过非线性系统的多段优化方法获得使碰撞冲击最小的机器人摔倒运动轨迹。最后,建立了仿人机器人动力学仿真系统,通过对比仿真实验,对所提出的仿人机器人摔倒保护规划进行了理论验证。第四,提出基于仿人机器人状态变化的稳定状态检测方法,使机器人根据自身的稳定状态选择摔倒保护策略或者抗干扰策略;针对仿人机器人受到扰动,但不足以触发摔倒保护的情况,设计了基于躯干柔顺控制的仿人机器人抗扰动方法;建立基于有效稳定域的仿人机器人运动模态转换策略,使机器人能够从摔倒结束状态转换至站立状态,以便继续执行作业任务。通过仿真验证了上述方法的有效性。最后,为BHR6P仿人机器人平台设计了控制系统和摔倒保护装置,并通过该机器人进行了实验,验证了本文提出的仿人机器人摔倒保护运动规划和控制方法的有效性。
张泽政[10]（2018）在《基于粘弹性的仿人机器人抗冲击仿生上肢设计》文中研究表明仿人机器人具有类似人类的外形特征和运动能力,通常被设计开发来在不改变现有人工环境的前提下辅助或代替人进行各种工作。仿人机器人在失稳摔倒后受到碰撞冲击等外界扰动时机械系统的抗冲击性能,在一定程度上决定了仿人机器人能否成功进入多种环境并获得实际应用。因此,围绕仿人机器人抗冲击性能方面的机械系统设计与仿生机构研究具有重要意义。本文结合国家自然科学基金国际（地区）合作与交流项目“仿人机器人多模态运动与转换理论与方法”,围绕仿人机器人摔倒保护仿生机构研究,提出了基于粘弹性的仿生设计机理,设计了一种基于粘弹性的仿人机器人抗冲击仿生上肢机构,提高仿人机器人对冲击的承受能力,提高仿人机器人的环境适应能力,使仿人机器人能够成功多种环境并获得实际应用。首先,介绍了人体上肢关节结构和功能,分析了人体上肢的解剖学结构和运动能力。然后使用运动捕捉系统对人体前摔过程进行了研究,通过人体前摔实验对上肢在摔倒时的运动模式和摔倒保护方式进行了分析。提出利用机器人上肢在摔倒下落中对上半身提供支撑缓冲的启发式摔倒保护策略,论证了基于仿生机理对仿人机器人上肢机构进行改进设计和性能强化的必要性。其次,根据启发式的摔倒保护策略,设计了一种基于粘弹性的仿人机器人抗冲击被动肘关节。提出了使用压缩弹簧、拉伸弹簧和板状弹簧来为肘关节增加欠驱动粘弹性连接实现支撑缓冲功能的研究方案。设计了一款仿人机器人欠驱动上肢,并对气弹簧、拉伸弹簧及板状弹簧三种粘弹性连接方案进行了机构设计。再次,分析人体上肢桡腕关节的摔倒保护方式,从仿生学角度论证了为仿人机器人上肢末端增加粘弹性装置的必要性;然后对粘弹性缓冲材料及装置进行了分析,对聚氨酯弹性体及硅橡胶这两种粘弹性材料和充气式主动保护装置进行了分析;最后针对机器人上肢末端关节特性,设计了应用于机器人上肢末端的粘弹性缓冲材料及缓冲装置。最后,围绕本文提出的仿人机器人应对摔倒保护的抗冲击肘关节设计及上肢末端粘弹性缓冲装置设计,设计构建了仿人机器人摔倒实验平台,对本文所提出抗冲击仿生上肢进行了相关的实验验证。通过分析实验数据,对本文所提出的粘弹性仿生机构的抗冲击性能进行分析比对,证明了粘弹性仿生上肢机构具有摔倒保护抗冲击的性能,并得出了较高弹性和较低阻尼的抗冲击肘关节配置方案缓冲抗冲击的效果最好,具有较高阻尼和较低弹性的上肢末端缓冲装置配置方案缓冲抗冲击效果最佳。
二、RESEARCH ON THE DOF DISPOSITION AND MECHANISMS DESIGN OF HUMANOID ROBOT（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：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（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。
三、RESEARCH ON THE DOF DISPOSITION AND MECHANISMS DESIGN OF HUMANOID ROBOT（论文提纲范文）
（1）双足机器人参数设计及步态控制算法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 研究现状及分析 |
| 1.2.1 双足机器人平台国内外研究现状 |
| 1.2.2 人形双足机器人步态规划概述 |
| 1.2.3 人形双足机器人控制方法 |
| 1.3 本领域科学问题 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第2章 双足机器人动力学建模与稳定性分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 双足机器人动力学建模 |
| 2.2.1 双足机器人多连杆模型动力学分析 |
| 2.2.2 基于浮动基的双足机器人动力学建模 |
| 2.2.3 对比验证 |
| 2.3 双足机器人行走稳定性判据 |
| 2.3.1 ZMP与FRI稳定性判据 |
| 2.3.2 COP稳定性判据 |
| 2.4 双足机器人平衡约束分析 |
| 2.4.1 ZMP约束 |
| 2.4.2 摩擦约束 |
| 2.4.3 动能约束 |
| 2.4.4 非奇异位姿约束 |
| 2.4.5 正向运动约束 |
| 2.5 双足机器人倒地分析 |
| 2.5.1 倒地状态分析 |
| 2.5.2 地面反作用力分析 |
| 2.5.3 着地分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 基于多目标优化方法的双足机器人运动系统参数设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 设计需求 |
| 3.3 参数多目标优化的驱动设计 |
| 3.3.1 多目标参数优化概述 |
| 3.3.2 双足机器人步行优化分析 |
| 3.3.3 优化目标函数 |
| 3.3.4 多目标优化方法 |
| 3.4 参数设计验证 |
| 3.4.1 仿真环境配置 |
| 3.4.2 验证设计及配置 |
| 3.5 双足机器人机构设计 |
| 3.5.1 自由度配置及驱动选择 |
| 3.5.2 双自由度并联驱动机构建模 |
| 3.5.3 双足机器人结构设计 |
| 3.6 实验验证 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 基于全身动力学的最优轨迹控制方法研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 双足机器人步态轨迹规划 |
| 4.2.1 基于三维倒立摆模型的双足步态规划 |
| 4.2.2 基于DCM的双足步态轨迹规划 |
| 4.3 基于浮动基的双足机器人全身动力学求解 |
| 4.3.1 关节逆动力学的求解 |
| 4.3.2 摩擦锥接触模型 |
| 4.3.3 约束方程 |
| 4.4 基于全身动力学模型的二次规划最优控制器设计 |
| 4.4.1 控制系统模型与控制李雅普诺夫函数构建 |
| 4.4.2 全身动力学误差分析 |
| 4.4.3 不依赖动力学模型的二次规划最优控制 |
| 4.4.4 基于动力学模型的二次规划最优控制 |
| 4.4.5 基于PD控制和二次规划的最优控制器设计 |
| 4.5 实验验证 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 双足机器人行走抗扰方法研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 针对双足机器人内部扰动的行走轨迹优化 |
| 5.2.1 行走相分析 |
| 5.2.2 行走相衔接 |
| 5.2.3 基于全身角动量的CMP参考轨迹生成 |
| 5.2.4 实验验证 |
| 5.3 针对未知外部扰动的行走轨迹重规划 |
| 5.3.1 抗推运动分析 |
| 5.3.2 捕获点位置 |
| 5.3.3 基于运动状态捕获点的抗推方法 |
| 5.3.4 实验验证 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其他成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（2）基于HMM的仿人机器人运动模仿学习方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 仿人机器人的研究现状 |
| 1.2.1 仿人机器人国外研究现状 |
| 1.2.2 仿人机器人国内研究现状 |
| 1.3 仿人机器人运动模仿的研究现状 |
| 1.4 本文研究内容与结构安排 |
| 第2章 小型仿人机器人NAO及其控制系统 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 小型仿人机器人NAO的机构与运动学 |
| 2.2.1 NAO机器人的硬件结构和传感器配置 |
| 2.2.2 NAO机器人的运动学 |
| 2.3 小型仿人机器人NAO仿真软件与控制系统 |
| 2.3.1 NAO机器人的仿真软件 |
| 2.3.2 NAO机器人的控制系统 |
| 2.4 小型仿人机器人遥操作控制系统 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 仿人机器人与人体动作数据匹配计算方法 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 MSR ACTION3D人体动作数据集 |
| 3.2.1 MSR ACTION3D数据集简介 |
| 3.2.2 人体关节点位置提取方法 |
| 3.3 用于仿人机器人模仿的动作数据计算方法 |
| 3.3.1 右肩关节运动学计算方法 |
| 3.3.2 右肘关节运动学计算方法 |
| 3.4 考虑关节约束的NAO机器人运动模仿分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于HMM的动作建模、识别与生成方法 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 隐马尔可夫模型(HMM) |
| 4.3 基于GMM-HMM的动作建模和识别方法 |
| 4.3.1 基于GMM-HMM的动作序列建模方法 |
| 4.3.2 基于GMM-HMM的动作识别方法 |
| 4.4 运动元素提取与动作生成方法 |
| 4.4.1 运动元素提取方法 |
| 4.4.2 动作生成方法 |
| 4.5 动作模型存储方法 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 实验与结论 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 关节角计算验证实验 |
| 5.3 动作建模与动作识别实验 |
| 5.4 运动元素提取与动作生成实验 |
| 5.4.1 运动元素提取实验 |
| 5.4.2 动作生成实验 |
| 5.5 动作模型存储实验 |
| 5.6 本章小结 |
| 结论 |
| 总结 |
| 展望 |
| 参考文献 |
| 硕士期间论文发表情况 |
| 致谢 |
（3）一种新型混联冗余仿人机械臂的运动特性分析与设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.1.1 课题来源 |
| 1.1.2 研究背景 |
| 1.2 三类机构构型的应用现状 |
| 1.2.1 串联机械臂 |
| 1.2.2 并联机械臂 |
| 1.2.3 混联机械臂 |
| 1.3 机构理论的研究现状 |
| 1.3.1 构型综合的研究现状 |
| 1.3.2 运动学分析的研究现状 |
| 1.3.3 动力学建模的研究现状 |
| 1.3.4 性能分析的研究现状 |
| 1.4 课题的研究意义及主要研究内容 |
| 1.4.1 研究意义 |
| 1.4.2 主要研究内容 |
| 第二章 基于手臂运动解剖的仿人机械臂构型设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 人体手臂运动解剖 |
| 2.2.1 人体肩部运动解剖 |
| 2.2.2 人体肘部运动解剖 |
| 2.2.3 人体腕部运动解剖 |
| 2.3 仿人机械臂的设计指标 |
| 2.4 仿人机械臂的构型布局 |
| 2.4.1 仿人肩关节的构型选型 |
| 2.4.2 仿人腕关节的构型选型 |
| 2.4.3 仿人机械臂的原型设计 |
| 2.5 仿人机械臂的自由度分析 |
| 2.5.1 基础理论 |
| 2.5.2 仿人肩关节自由度分析 |
| 2.5.3 仿人肘关节自由度分析 |
| 2.5.4 仿人腕关节自由度分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 仿人机械臂的位置解分析及工作空间分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基础理论 |
| 3.2.1 指数积公式 |
| 3.2.2 Paden-Kahan子问题 |
| 3.3 广义的混联机构的位置解分析思路 |
| 3.3.1 混联机构的位置正解的分析思路 |
| 3.3.2 混联机构的位置反解的分析思路 |
| 3.4 仿人机械臂的位置解分析 |
| 3.4.1 等价串联机械臂 |
| 3.4.2 位置正解分析 |
| 3.4.3 位置反解分析 |
| 3.4.4 位置解验证 |
| 3.5 工作空间分析 |
| 3.5.1 仿人肩关节姿态空间 |
| 3.5.2 仿人肘关节位置空间 |
| 3.5.3 仿人腕关节姿态空间 |
| 3.5.4 主动姿态空间 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 基于李运算的仿人机械臂运动学分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基础理论 |
| 4.2.1 李群李代数 |
| 4.2.2 李运算 |
| 4.3 基于李运算的混联机构运动学分析思路 |
| 4.3.1 串联机构的运动学分析 |
| 4.3.2 并联机构的运动学分析 |
| 4.3.3 混联机构的运动学分析 |
| 4.4 仿人机械臂的运动学分析 |
| 4.4.1 运动学分析的前处理 |
| 4.4.2 正向运动学分析 |
| 4.4.3 反向运动学分析 |
| 4.4.4 运动学分析的验证 |
| 4.5 基于运动学分析的传递性能指标 |
| 4.5.1 并联机构的传递性能指标 |
| 4.5.2 仿人机械臂的线速度性能指标 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 基于虚功原理的仿人机械臂动力学建模 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基础理论 |
| 5.2.1 杆件的运动学分析 |
| 5.2.2 虚功原理 |
| 5.3 混联机械臂的杆件惯性力分析 |
| 5.3.1 肩关节杆件的惯性力 |
| 5.3.2 肘关节杆件的惯性力 |
| 5.3.3 腕关节杆件的惯性力 |
| 5.4 混联机械臂的动力学模型分析 |
| 5.4.1 整机动力学模型 |
| 5.4.2 动力学模型验证 |
| 5.4.3 动力学模型简化 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 基于多参数平面模型的仿人机械臂优化设计 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 多参数平面模型 |
| 6.3 基于运动特性的结构参数优化 |
| 6.3.1 基于工作空间的结构参数优化 |
| 6.3.2 基于传递性能的结构参数优化 |
| 6.3.3 结构参数优化结果 |
| 6.4 实验系统搭建 |
| 6.4.1 样机制作 |
| 6.4.2 运动测试系统 |
| 6.5 运动测试验证 |
| 6.5.1 工作空间测试 |
| 6.5.2 运动测试结果与分析 |
| 6.6 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
| 1 作者简历 |
| 2 攻读博士学位期间发表的学术论文 |
| 3 参与的科研项目及获奖情况 |
| 4 发明专利 |
| 5 编着 |
| 学位论文数据集 |
（4）绳索-齿轮混合传动的仿人机器人下肢设计与研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 双足机器人国内外发展现状 |
| 1.3 绳索传动结构国内外发展现状 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第2章 人体下肢运动机理分析 |
| 引言 |
| 2.1 下肢解剖学分析 |
| 2.1.1 下肢骨骼解剖分析 |
| 2.1.2 下肢骨关节解剖分析 |
| 2.1.3 下肢肌肉解剖分析 |
| 2.2 步态分析 |
| 2.2.1 步态周期 |
| 2.2.2 行走步态 |
| 2.2.3 步态拟合评价 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 仿人下肢机器人结构设计 |
| 引言 |
| 3.1 髋关节设计 |
| 3.1.1 电机、减速器介绍 |
| 3.1.2 电机、减速器选型 |
| 3.2 膝关节及踝关节设计 |
| 3.2.1 绳索缠绕电机选型 |
| 3.2.2 绳索传动构型 |
| 3.2.3 绳索传动关节设计 |
| 3.2.4 绳索张力控制 |
| 3.3 下肢整体设计 |
| 3.3.1 机构简化 |
| 3.3.2 三维建模 |
| 3.3.3 材料选择及校核 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 仿人机器人下肢的运动学和动力学分析 |
| 引言 |
| 4.1 下肢结构运动学分析 |
| 4.1.1 仿人下肢机器人的运动学方程 |
| 4.1.2 正向运动学求解 |
| 4.1.3 逆向运动学求解 |
| 4.2 运动学仿真验证 |
| 4.3 下肢结构动力学分析 |
| 4.3.1 三维线性倒立摆 |
| 4.3.2 拉格朗日动力学 |
| 4.4 动力学仿真验证 |
| 4.5 基于绳索传动的连杆受力分析 |
| 4.5.1 动力学方程推导 |
| 4.5.2 绳索受力分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 控制器设计及仿真 |
| 引言 |
| 5.1 直流电机建模分析 |
| 5.1.1 数学建模 |
| 5.1.2 MATLAB仿真 |
| 5.2 基于动力学模型的PD控制策略仿真 |
| 5.3 基于导入的三维模型的PID控制策略仿真 |
| 5.3.1 ADAMS仿真预处理 |
| 5.3.2 膝关节绳索传动仿真 |
| 5.3.3 基于MATLAB与ADAMS的膝关节联合控制仿真 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 关节张力测试与分析 |
| 引言 |
| 6.1 实验平台搭建 |
| 6.1.1 张力传感器 |
| 6.1.2 绳索直径 |
| 6.1.3 关节编码器 |
| 6.2 实验研究2 |
| 6.2.1 张力传感器的标定 |
| 6.2.2 关节输出速度测试 |
| 6.2.3 关节输出力矩测试 |
| 6.2.4 关节张力测试 |
| 6.3 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 主要结论 |
| 7.2 未来展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术成果 |
| 致谢 |
| 附录1 |
| 附录2 |
（5）具有2DOF腰部仿人机器人的工作空间和运动规划研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 国内外仿人机器人研究现状 |
| 1.3 机械臂工作空间研究现状 |
| 1.3.1 机械臂工作空间范围研究现状 |
| 1.3.2 机械臂工作空间灵巧性研究现状 |
| 1.4 仿人机器人运动规划研究现状 |
| 1.4.1 机械臂灵巧运动规划研究现状 |
| 1.4.2 机器人振动抑制轨迹优化研究现状 |
| 1.5 论文的主要研究内容 |
| 第2章 具有2DOF腰部仿人机器人设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 仿人机器人系统组成 |
| 2.2.1 头部子系统 |
| 2.2.2 双臂子系统 |
| 2.2.3 下肢子系统 |
| 2.3 仿人腰部子系统设计 |
| 2.3.1 仿人腰部构型分析 |
| 2.3.2 模块化腰关节设计 |
| 2.3.3 仿人腰部电气系统 |
| 2.3.4 仿人腰部外壳封装 |
| 2.3.5 仿人腰部保护措施 |
| 2.4 仿人机器人尺寸参数波动分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 仿人机器人工作空间分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 工作空间划分及优选 |
| 3.2.1 工作空间划分方法 |
| 3.2.2 工作空间划分方法优选 |
| 3.3 仿人腰部对仿人机器人工作空间范围的扩展 |
| 3.3.1 腰部固定时仿人机器人工作空间范围 |
| 3.3.2 腰部运动时仿人机器人工作空间范围 |
| 3.4 经典机械臂灵巧性指标分析 |
| 3.4.1 机械臂工作空间密度 |
| 3.4.2 机械臂可操作度 |
| 3.4.3 机械臂各向同向性 |
| 3.4.4 机械臂工作空间可达度 |
| 3.4.5 不同工作空间灵巧性指标云图建立 |
| 3.5 仿人机械臂灵巧度分析 |
| 3.5.1 仿人机械臂工作空间离散划分 |
| 3.5.2 仿人机械臂工作空间内末端位姿矩阵采样 |
| 3.5.3 仿人机械臂指定位姿可达臂角范围求解 |
| 3.5.4 仿人机械臂灵巧度定义 |
| 3.5.5 仿人机械臂位置灵巧度云图建立 |
| 3.6 不同灵巧性指标定义的高灵巧工作空间对比 |
| 3.6.1 不同高灵巧工作空间生成 |
| 3.6.2 离散点完成度对比 |
| 3.6.3 直线轨迹完成度对比 |
| 3.6.4 曲线轨迹完成度对比 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 基于灵巧度的仿人机器人轨迹规划 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于仿人机械臂位置灵巧度的腰部位置优化 |
| 4.2.1 基于不同位置灵巧度区间的机械臂工作空间划分 |
| 4.2.2 腰部运动对机械臂高位置灵巧度工作空间的影响 |
| 4.2.3 仿人腰部角度优化 |
| 4.3 基于仿人机械臂位置灵巧度的最佳操作点选取 |
| 4.3.1 目标操作平面离散划分 |
| 4.3.2 约束条件下位置灵巧度计算 |
| 4.3.3 最佳操作点选取 |
| 4.4 基于仿人机械臂位姿灵巧度的抓取姿态优化 |
| 4.4.1 基于目标外轮廓的可行抓取姿态确定 |
| 4.4.2 无障碍条件下机械臂抓取姿态优化 |
| 4.4.3 障碍条件下机械臂抓取姿态优化 |
| 4.5 关节运动轨迹生成 |
| 4.5.1 基于操作任务的机械臂笛卡尔空间轨迹控制点 |
| 4.5.2 关节轨迹控制点间样条轨迹 |
| 4.6 仿人机器人轨迹规划实验 |
| 4.6.1 仿人机器人轨迹规划实验平台 |
| 4.6.2 仿人机器人抓取移动轨迹规划实验 |
| 4.6.3 仿人机器人臂腰抓取轨迹规划实验 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 仿人机器人振动抑制轨迹优化 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 约束条件下仿人机器人离线轨迹优化 |
| 5.2.1 仿人机器人运动残余弹性势能 |
| 5.2.2 基于粒子群算法的关节轨迹优化 |
| 5.3 基于重心减速的实时轨迹优化 |
| 5.3.1 基于关节力矩传感器的振动预测准则 |
| 5.3.2 仿人机器人运动过程重心变化 |
| 5.3.3 三段式关节轨迹修正 |
| 5.4 仿人机器人振动抑制轨迹优化实验 |
| 5.4.1 仿人机器人实验平台 |
| 5.4.2 仿人机械臂振动抑制轨迹优化实验 |
| 5.4.3 仿人腰部振动抑制轨迹优化实验 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（6）小型仿人机器人在线步态规划方法及自由行走实验研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1.绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 小型仿人机器人结构设计研究现状 |
| 1.3 小型仿人机器人步态规划研究现状 |
| 1.3.1 小型仿人机器人步态规划基础理论 |
| 1.3.2 小型仿人机器人步态规划方法简述 |
| 1.4 本文研究内容 |
| 2.基于线性倒立摆的仿人机器人步态规划方法及其改进 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 三维线性倒立摆动力学特性及连续运动生成 |
| 2.2.1 线性倒立摆动力学特性 |
| 2.2.2 “步行单元”及状态误差评估函数 |
| 2.3 基于目标落脚点的经典规划算法与圆弧式路径跟踪 |
| 2.3.1 基于目标落脚点的经典规划算法 |
| 2.3.2 圆弧式路径跟踪 |
| 2.4 基于预观信息的步态规划改进方法 |
| 3.4.1 简单步行模式的识别 |
| 3.4.2 落脚偏差的缩小 |
| 2.5 本章小结 |
| 3.仿人机器人运动学建模与步态规划 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 机器人模型 |
| 3.3 机器人逆运动学分析 |
| 3.4 步态规划设计流程及实例分析 |
| 3.4.1 步态规划设计流程简述 |
| 3.4.2 双足支撑期引入与质心轨迹规划 |
| 3.4.3 基于样条插值的踝关节轨迹规划 |
| 3.4.4 机器人关节角度求解 |
| 3.5 本章小结 |
| 4.仿人机器人物理样机研制与行走仿真 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 机器人结构设计 |
| 4.2.1 基本设计原则及舵机选型 |
| 4.2.2 基于平面推力滚针轴承的髋关节改进设计 |
| 4.2.3 紧凑腰部结构设计 |
| 4.2.4 整体设计工作简述 |
| 4.3 机器人硬件控制系统搭建 |
| 4.4 机器人物理样机及其行走仿真 |
| 4.4.1 机器人物理样机实体 |
| 4.4.2 基于ADAMS的机器人行走仿真 |
| 4.5 本章小结 |
| 5.仿人机器人实时行走控制系统软件开发与自由行走实验 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 机器人实时行走控制系统软件开发 |
| 5.2.1 机器人实时行走控制系统基本框架 |
| 5.2.2 基于Qt的实时行走控制系统软件开发 |
| 5.3 机器人基础步态行走实验 |
| 5.3.1 直线行走 |
| 5.3.2 原地转向 |
| 5.3.3 横向跨步 |
| 5.4 机器人灵活步态行走实验 |
| 5.4.1 “S”型路径跟踪避障 |
| 5.4.2 快速步态切换 |
| 5.4.3 灵活转向 |
| 5.4.4 实时行走操控 |
| 5.5 本章小结 |
| 6.全文工作总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间的研究成果及参加的科研项目 |
（7）基于点阵结构的仿人机器人下肢轻量化研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 机器人轻量化的研究背景及意义 |
| 1.2 机器人及轻量化方法的研究现状 |
| 1.2.1 仿人机器人研究现状 |
| 1.2.1.1 国外仿人机器人的研究现状 |
| 1.2.1.2 国内仿人机器人的研究现状 |
| 1.2.2 轻量化方法研究现状 |
| 1.2.2.1 拓扑优化研究 |
| 1.2.2.2 衍生式设计研究现状 |
| 1.2.2.3 点阵结构研究现状 |
| 1.2.3 机器人轻量化技术应用现状 |
| 1.3 本文的设计目标与内容安排 |
| 1.3.1 本文的设计意义与目标 |
| 1.3.2 本课题的主要研究内容与安排 |
| 2 机器人下肢结构设计及初步优化 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 机器人下肢结构设计和分析 |
| 2.2.1 机器人下肢结构设计 |
| 2.2.2 机器人下肢结构受力分析 |
| 2.3 拓扑优化和仿真分析 |
| 2.4 衍生式设计和仿真分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 几种点阵结构的优化性能 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 有限元理论及软件介绍 |
| 3.2.1 模型的有限元理论计算 |
| 3.2.2 Netfabb软件介绍 |
| 3.3 点阵结构优化性能分析 |
| 3.3.1 足踝部近似试样的性能分析 |
| 3.3.2 大腿(小腿)近似试样的力学分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 机器人下肢点阵结构优化 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 点阵结构优化 |
| 4.2.1 模型预处理 |
| 4.2.2 点阵结构优化 |
| 4.3 优化模型的改进 |
| 4.3.1 点阵结构改进方式 |
| 4.3.2 机器人下肢点阵结构模型改进 |
| 4.4 金属3D打印仿真 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 试验设计与研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 试验平台设计 |
| 5.2.1 试验原理 |
| 5.2.2 试验平台结构设计 |
| 5.2.3 试样及其疲劳强度仿真 |
| 5.3 试验与结果分析 |
| 5.3.1 试验设计 |
| 5.3.2 结果分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
（8）仿人双足机器人步行控制方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题研究背景和意义 |
| 1.2 仿人双足机器人国内外研究现状及分析 |
| 1.2.1 国外双足机器人研究现状 |
| 1.2.2 国内双足机器人研究现状 |
| 1.2.3 仿人双足机器人动态行走方法研究现状 |
| 1.3 本文主要内容与结构安排 |
| 2 仿人双足机器人原理样机机械结构设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 仿人双足机器人自由度配置 |
| 2.3 仿人双足机器人机械结构设计 |
| 2.3.1 仿人双足机器人尺寸参数 |
| 2.3.2 仿人双足机器人驱动方式选择 |
| 2.3.3 仿人双足机器人本体结构设计 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 仿人双足机器人运动学建模 |
| 3.1 仿人双足机器人正运动学建模 |
| 3.2 仿人双足机器人逆运动学建模与求解 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 仿人双足机器人步态规划算法设计与仿真实验 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 仿人双足机器人步态规划算法设计 |
| 4.2.1 步态分析 |
| 4.2.2 改进的线性倒立摆模型构建 |
| 4.2.3 零力矩点轨迹生成 |
| 4.2.4 躯干质心运动轨迹生成 |
| 4.2.5 游动脚轨迹规划 |
| 4.2.6 逆运动学求解和关节运动曲线解算 |
| 4.3 基于MATLAB和 V-REP平台的仿人双足机器人步态规划联合仿真 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 仿人双足机器人控制系统设计 |
| 5.1 仿人双足机器人控制系统需求分析 |
| 5.2 仿人双足机器人控制系统硬件设计 |
| 5.2.1 硬件电路总体方案设计 |
| 5.2.2 硬件电路原理图设计 |
| 5.2.3 硬件电路PCB设计 |
| 5.3 仿人双足机器人控制系统软件设计 |
| 5.3.1 系统软件需求分析 |
| 5.3.2 系统软件总体架构设计 |
| 5.3.3 软件详细设计 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 仿人双足机器人步行实验 |
| 6.1 步行实验方案 |
| 6.2 双足步行实验 |
| 6.3 本章小结 |
| 7 总结和展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
（9）仿人机器人的摔倒保护策略及其运动规划（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究进展 |
| 1.2.1 仿人机器人研究现状 |
| 1.2.2 仿人机器人摔倒保护研究进展 |
| 1.2.3 人体摔倒运动研究现状 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第2章 人体摔倒运动检测平台构建 |
| 2.1 概述 |
| 2.2 人体简化模型 |
| 2.2.1 人体结构分析 |
| 2.2.2 标志点与传感器配置 |
| 2.3 人体摔倒运动捕捉系统 |
| 2.4 人体摔倒运动数据采集 |
| 2.4.1 被试者选择 |
| 2.4.2 人体摔倒方式选择 |
| 2.4.3 人体摔倒运动数据采集过程 |
| 2.4.4 人体摔倒运动测试 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 人体摔倒运动规律与仿人机器人摔倒保护策略 |
| 3.1 概述 |
| 3.2 人体摔倒运动分析 |
| 3.2.1 准备阶段 |
| 3.2.2 空中运动阶段 |
| 3.2.3 碰撞及调整阶段 |
| 3.2.4 摔倒结束阶段 |
| 3.3 仿人机器人摔倒保护策略 |
| 3.3.1 仿人机器人摔倒保护运动设计准则 |
| 3.3.2 仿人机器人摔倒保护控制框架 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 仿人机器人摔倒运动规划 |
| 4.1 概述 |
| 4.2 仿人机器人摔倒运动的动力学建模 |
| 4.2.1 三阶倒立摆模型 |
| 4.2.2 仿人机器人摔倒的动力学方程 |
| 4.2.3 摔倒碰撞模型 |
| 4.3 仿人机器人摔倒保护运动规划 |
| 4.3.1 仿人机器人摔倒过程的状态方程 |
| 4.3.2 仿人机器人摔倒运动优化 |
| 4.4 动力学仿真 |
| 4.4.1 仿真环境构建 |
| 4.4.2 仿人机器人摔倒有限状态机 |
| 4.5 仿真验证 |
| 4.5.1 仿真模型参数 |
| 4.5.2 摔倒仿真 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 仿人机器人平衡检测与运动模态转换 |
| 5.1 概述 |
| 5.2 仿人机器人稳定状态检测 |
| 5.2.1 机器人传感器系统 |
| 5.2.2 仿人机器人平衡状态分类 |
| 5.2.3 基于机器人状态变化的平衡状态检测 |
| 5.3 仿人机器人平衡控制器 |
| 5.4 仿人机器人摔倒与站立的运动模态转换 |
| 5.5 仿真验证 |
| 5.5.1 机器人抗扰动仿真 |
| 5.5.2 机器人运动模态转换仿真 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 实验 |
| 6.1 概述 |
| 6.2 BHR6P型仿人机器人实验平台设计 |
| 6.2.1 仿人机器人本体设计 |
| 6.2.2 控制系统设计 |
| 6.3 实验 |
| 6.3.1 机器人摔倒实验 |
| 6.3.2 仿人机器人抗干扰与运动模态转换实验 |
| 6.4 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表论文与研究成果清单 |
| 攻读学位期间参与的项目 |
| 致谢 |
（10）基于粘弹性的仿人机器人抗冲击仿生上肢设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 本论文研究的目的和意义 |
| 1.2 仿人机器人国内外研究概述 |
| 1.3 仿人机器人摔倒保护国内外研究现状 |
| 1.4 本文的主要研究内容及构成 |
| 第2章 人体上肢摔倒保护仿生分析 |
| 2.1 概述 |
| 2.2 人体上肢关节结构和功能分析 |
| 2.3 人体运动捕捉及前摔实验 |
| 2.4 上肢摔倒保护仿生分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 仿人机器人抗冲击肘关节设计 |
| 3.1 概述 |
| 3.2 仿人机器人上肢肘关节仿生分析 |
| 3.3 肘关节欠驱动粘弹性连接方案 |
| 3.4 上肢抗冲击肘关节机构设计 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 仿人机器人上肢末端粘弹性缓冲装置设计 |
| 4.1 概述 |
| 4.2 人体上肢桡腕关节摔倒保护分析 |
| 4.3 粘弹性缓冲材料及装置分析 |
| 4.4 上肢末端粘弹性缓冲装置设计 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 抗冲击仿生上肢实验与分析 |
| 5.1 概述 |
| 5.2 仿人机器人摔倒实验平台 |
| 5.3 仿人机器人抗冲击仿生上肢实验 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表论文与研究成果 |
| 致谢 |
四、RESEARCH ON THE DOF DISPOSITION AND MECHANISMS DESIGN OF HUMANOID ROBOT（论文参考文献）
- [1]双足机器人参数设计及步态控制算法研究[D]. 冷晓琨. 哈尔滨工业大学, 2020(02)
- [2]基于HMM的仿人机器人运动模仿学习方法研究[D]. 于佳圆. 北京建筑大学, 2020(08)
- [3]一种新型混联冗余仿人机械臂的运动特性分析与设计[D]. 孙鹏. 浙江工业大学, 2020(02)
- [4]绳索-齿轮混合传动的仿人机器人下肢设计与研究[D]. 陈品品. 安徽工程大学, 2020(04)
- [5]具有2DOF腰部仿人机器人的工作空间和运动规划研究[D]. 曹宝石. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [6]小型仿人机器人在线步态规划方法及自由行走实验研究[D]. 能一鸣. 浙江大学, 2020(06)
- [7]基于点阵结构的仿人机器人下肢轻量化研究[D]. 詹穗鑫. 浙江大学, 2020(06)
- [8]仿人双足机器人步行控制方法研究[D]. 陈鑫. 南京理工大学, 2019(06)
- [9]仿人机器人的摔倒保护策略及其运动规划[D]. 孟立波. 北京理工大学, 2018(06)
- [10]基于粘弹性的仿人机器人抗冲击仿生上肢设计[D]. 张泽政. 北京理工大学, 2018(07)