1、模式识别与智能系统专业优秀论文 异构双腿行走机器人开发与协调控制研究关键词：异构双腿行走机器人 双足机器人 仿人机器人 智能假肢 磁流变阻尼器 动力学建模 迭代学习控制摘要：随着现代科技的发展，机器人技术已经广泛应用于人类社会的各个生活领域。双足机器人是步行方式中自动化程度最高、最为复杂的动态系统。在 90年代，双足机器人从一般性的拟人腿部行走上升到全方位的拟人，即仿人型机器人的研究。双足机器人研究的一个初衷就是通过对人类自身行走机制的研究，开发出合理的假肢机构用来代偿残疾人残缺的下肢假肢。目前，假肢已经从传统的机械式假肢发展到基于微处理器控制的智能假肢阶段。装配智能下肢假肢的残疾人能够“活动
2、自如” 。 在智能假肢的研发过程中，需要做大量的、多样的、重复性好的残疾人行走实验，这对假肢性能的检验及改进设计尤为重要。然而由于残疾人自身的物理缺陷，做此类实验是非常困难的。目前的假肢实验平台能够较好地研究其摆动相和支撑相性能，然而不能研究残疾人穿戴智能假肢后的行走动态特性，包括行走的稳定性，残疾人与智能假肢的人机协调以及假肢对健康腿的步态跟随等。 仿人机器人研究的目的就是最终实现全方位的拟人，而智能假肢的研究恰恰需要一种能够高度拟人的实验平台。在分析了双足机器人、仿人机器人以及智能假肢研究现状的基础上，我们将双足机器人的研究与智能假肢的研究结合起来，提出了异构双腿行走机器人(Biped R
3、obot with Heterogeneous Legs，BRHL)这一新型机器人模式。本文详细阐述了其研究背景、研究意义、研究内容及关键技术。 在分析了智能假肢设计的仿生性要求的基础上，本文给出了 BRHL 的总体设计方案，分别阐述了人工腿及仿生腿的详细设计。针对 4-bar 膝关节进行了机构参数优化设计；详细分析了 BRHL 的拟人特性。 基于拉格朗日第一类方程及分割建模的思想，分别建立了人工腿和仿生腿的运动学模型，以及针对支撑相和摆动相的动力学模型，并进行了仿真计算；在阐述了目前磁流变阻尼器建模方法的基础上，提出了修正的Sigmoid 建模方法；针对 BRHL 系统的高阶代数一微分动力学
4、方程正解问题，本文提出了带误差反馈的预估-校正数值积分算法并进行了相应的仿真计算。 通过对人类行走步态的描述及步行运动的分析，总结了人类步行规律。介绍了双足机器人以及仿人机器人常用的步态规划方法；基于人类步行规律及步态跟随优化的思想，阐述了 BRHL 步态规划方法：论述了步态数据库的建立、步态感知及步态的在线调整；基于虚拟样机对 BRHL 进行了步态仿真。讨论了 BRHL 的主从式协调控制方法，建立了 BRHL 的分层递阶控制体系。针对磁流变阻尼器设计了其性能测试平台，进行了相关实验并对数据进行了处理。论述了虚拟样机联合仿真的概念和方法，基于一阶 P 型开闭环迭代学习控制算法，对 BRHL 进
5、行了步态跟随联合控制仿真。阐述了人工腿和仿生腿的控制系统设计以及步态的在线检测与在线生成，进行了相关实物实验。正文内容随着现代科技的发展，机器人技术已经广泛应用于人类社会的各个生活领域。双足机器人是步行方式中自动化程度最高、最为复杂的动态系统。在 90 年代，双足机器人从一般性的拟人腿部行走上升到全方位的拟人，即仿人型机器人的研究。双足机器人研究的一个初衷就是通过对人类自身行走机制的研究，开发出合理的假肢机构用来代偿残疾人残缺的下肢假肢。目前，假肢已经从传统的机械式假肢发展到基于微处理器控制的智能假肢阶段。装配智能下肢假肢的残疾人能够“活动自如” 。 在智能假肢的研发过程中，需要做大量的、多样
6、的、重复性好的残疾人行走实验，这对假肢性能的检验及改进设计尤为重要。然而由于残疾人自身的物理缺陷，做此类实验是非常困难的。目前的假肢实验平台能够较好地研究其摆动相和支撑相性能，然而不能研究残疾人穿戴智能假肢后的行走动态特性，包括行走的稳定性，残疾人与智能假肢的人机协调以及假肢对健康腿的步态跟随等。 仿人机器人研究的目的就是最终实现全方位的拟人，而智能假肢的研究恰恰需要一种能够高度拟人的实验平台。在分析了双足机器人、仿人机器人以及智能假肢研究现状的基础上，我们将双足机器人的研究与智能假肢的研究结合起来，提出了异构双腿行走机器人(Biped Robot with Heterogeneous Leg
7、s，BRHL)这一新型机器人模式。本文详细阐述了其研究背景、研究意义、研究内容及关键技术。 在分析了智能假肢设计的仿生性要求的基础上，本文给出了 BRHL 的总体设计方案，分别阐述了人工腿及仿生腿的详细设计。针对 4-bar 膝关节进行了机构参数优化设计；详细分析了 BRHL 的拟人特性。 基于拉格朗日第一类方程及分割建模的思想，分别建立了人工腿和仿生腿的运动学模型，以及针对支撑相和摆动相的动力学模型，并进行了仿真计算；在阐述了目前磁流变阻尼器建模方法的基础上，提出了修正的Sigmoid 建模方法；针对 BRHL 系统的高阶代数一微分动力学方程正解问题，本文提出了带误差反馈的预估-校正数值积分
8、算法并进行了相应的仿真计算。 通过对人类行走步态的描述及步行运动的分析，总结了人类步行规律。介绍了双足机器人以及仿人机器人常用的步态规划方法；基于人类步行规律及步态跟随优化的思想，阐述了 BRHL 步态规划方法：论述了步态数据库的建立、步态感知及步态的在线调整；基于虚拟样机对 BRHL 进行了步态仿真。讨论了 BRHL 的主从式协调控制方法，建立了 BRHL 的分层递阶控制体系。针对磁流变阻尼器设计了其性能测试平台，进行了相关实验并对数据进行了处理。论述了虚拟样机联合仿真的概念和方法，基于一阶 P 型开闭环迭代学习控制算法，对 BRHL 进行了步态跟随联合控制仿真。阐述了人工腿和仿生腿的控制系
9、统设计以及步态的在线检测与在线生成，进行了相关实物实验。随着现代科技的发展，机器人技术已经广泛应用于人类社会的各个生活领域。双足机器人是步行方式中自动化程度最高、最为复杂的动态系统。在 90 年代，双足机器人从一般性的拟人腿部行走上升到全方位的拟人，即仿人型机器人的研究。双足机器人研究的一个初衷就是通过对人类自身行走机制的研究，开发出合理的假肢机构用来代偿残疾人残缺的下肢假肢。目前，假肢已经从传统的机械式假肢发展到基于微处理器控制的智能假肢阶段。装配智能下肢假肢的残疾人能够“活动自如” 。 在智能假肢的研发过程中，需要做大量的、多样的、重复性好的残疾人行走实验，这对假肢性能的检验及改进设计尤为
10、重要。然而由于残疾人自身的物理缺陷，做此类实验是非常困难的。目前的假肢实验平台能够较好地研究其摆动相和支撑相性能，然而不能研究残疾人穿戴智能假肢后的行走动态特性，包括行走的稳定性，残疾人与智能假肢的人机协调以及假肢对健康腿的步态跟随等。 仿人机器人研究的目的就是最终实现全方位的拟人，而智能假肢的研究恰恰需要一种能够高度拟人的实验平台。在分析了双足机器人、仿人机器人以及智能假肢研究现状的基础上，我们将双足机器人的研究与智能假肢的研究结合起来，提出了异构双腿行走机器人(Biped Robot with Heterogeneous Legs，BRHL)这一新型机器人模式。本文详细阐述了其研究背景、研
11、究意义、研究内容及关键技术。 在分析了智能假肢设计的仿生性要求的基础上，本文给出了 BRHL 的总体设计方案，分别阐述了人工腿及仿生腿的详细设计。针对 4-bar 膝关节进行了机构参数优化设计；详细分析了 BRHL 的拟人特性。基于拉格朗日第一类方程及分割建模的思想，分别建立了人工腿和仿生腿的运动学模型，以及针对支撑相和摆动相的动力学模型，并进行了仿真计算；在阐述了目前磁流变阻尼器建模方法的基础上，提出了修正的 Sigmoid 建模方法；针对 BRHL 系统的高阶代数一微分动力学方程正解问题，本文提出了带误差反馈的预估-校正数值积分算法并进行了相应的仿真计算。 通过对人类行走步态的描述及步行运
12、动的分析，总结了人类步行规律。介绍了双足机器人以及仿人机器人常用的步态规划方法；基于人类步行规律及步态跟随优化的思想，阐述了 BRHL 步态规划方法：论述了步态数据库的建立、步态感知及步态的在线调整；基于虚拟样机对 BRHL 进行了步态仿真。讨论了 BRHL 的主从式协调控制方法，建立了 BRHL 的分层递阶控制体系。针对磁流变阻尼器设计了其性能测试平台，进行了相关实验并对数据进行了处理。论述了虚拟样机联合仿真的概念和方法，基于一阶 P 型开闭环迭代学习控制算法，对 BRHL 进行了步态跟随联合控制仿真。阐述了人工腿和仿生腿的控制系统设计以及步态的在线检测与在线生成，进行了相关实物实验。随着现
13、代科技的发展，机器人技术已经广泛应用于人类社会的各个生活领域。双足机器人是步行方式中自动化程度最高、最为复杂的动态系统。在 90 年代，双足机器人从一般性的拟人腿部行走上升到全方位的拟人，即仿人型机器人的研究。双足机器人研究的一个初衷就是通过对人类自身行走机制的研究，开发出合理的假肢机构用来代偿残疾人残缺的下肢假肢。目前，假肢已经从传统的机械式假肢发展到基于微处理器控制的智能假肢阶段。装配智能下肢假肢的残疾人能够“活动自如” 。 在智能假肢的研发过程中，需要做大量的、多样的、重复性好的残疾人行走实验，这对假肢性能的检验及改进设计尤为重要。然而由于残疾人自身的物理缺陷，做此类实验是非常困难的。目
14、前的假肢实验平台能够较好地研究其摆动相和支撑相性能，然而不能研究残疾人穿戴智能假肢后的行走动态特性，包括行走的稳定性，残疾人与智能假肢的人机协调以及假肢对健康腿的步态跟随等。 仿人机器人研究的目的就是最终实现全方位的拟人，而智能假肢的研究恰恰需要一种能够高度拟人的实验平台。在分析了双足机器人、仿人机器人以及智能假肢研究现状的基础上，我们将双足机器人的研究与智能假肢的研究结合起来，提出了异构双腿行走机器人(Biped Robot with Heterogeneous Legs，BRHL)这一新型机器人模式。本文详细阐述了其研究背景、研究意义、研究内容及关键技术。 在分析了智能假肢设计的仿生性要求
15、的基础上，本文给出了 BRHL 的总体设计方案，分别阐述了人工腿及仿生腿的详细设计。针对 4-bar 膝关节进行了机构参数优化设计；详细分析了 BRHL 的拟人特性。基于拉格朗日第一类方程及分割建模的思想，分别建立了人工腿和仿生腿的运动学模型，以及针对支撑相和摆动相的动力学模型，并进行了仿真计算；在阐述了目前磁流变阻尼器建模方法的基础上，提出了修正的 Sigmoid 建模方法；针对 BRHL 系统的高阶代数一微分动力学方程正解问题，本文提出了带误差反馈的预估-校正数值积分算法并进行了相应的仿真计算。 通过对人类行走步态的描述及步行运动的分析，总结了人类步行规律。介绍了双足机器人以及仿人机器人常
16、用的步态规划方法；基于人类步行规律及步态跟随优化的思想，阐述了 BRHL 步态规划方法：论述了步态数据库的建立、步态感知及步态的在线调整；基于虚拟样机对 BRHL 进行了步态仿真。讨论了 BRHL 的主从式协调控制方法，建立了 BRHL 的分层递阶控制体系。针对磁流变阻尼器设计了其性能测试平台，进行了相关实验并对数据进行了处理。论述了虚拟样机联合仿真的概念和方法，基于一阶 P 型开闭环迭代学习控制算法，对 BRHL 进行了步态跟随联合控制仿真。阐述了人工腿和仿生腿的控制系统设计以及步态的在线检测与在线生成，进行了相关实物实验。随着现代科技的发展，机器人技术已经广泛应用于人类社会的各个生活领域。
17、双足机器人是步行方式中自动化程度最高、最为复杂的动态系统。在 90 年代，双足机器人从一般性的拟人腿部行走上升到全方位的拟人，即仿人型机器人的研究。双足机器人研究的一个初衷就是通过对人类自身行走机制的研究，开发出合理的假肢机构用来代偿残疾人残缺的下肢假肢。目前，假肢已经从传统的机械式假肢发展到基于微处理器控制的智能假肢阶段。装配智能下肢假肢的残疾人能够“活动自如” 。 在智能假肢的研发过程中，需要做大量的、多样的、重复性好的残疾人行走实验，这对假肢性能的检验及改进设计尤为重要。然而由于残疾人自身的物理缺陷，做此类实验是非常困难的。目前的假肢实验平台能够较好地研究其摆动相和支撑相性能，然而不能研
18、究残疾人穿戴智能假肢后的行走动态特性，包括行走的稳定性，残疾人与智能假肢的人机协调以及假肢对健康腿的步态跟随等。 仿人机器人研究的目的就是最终实现全方位的拟人，而智能假肢的研究恰恰需要一种能够高度拟人的实验平台。在分析了双足机器人、仿人机器人以及智能假肢研究现状的基础上，我们将双足机器人的研究与智能假肢的研究结合起来，提出了异构双腿行走机器人(Biped Robot with Heterogeneous Legs，BRHL)这一新型机器人模式。本文详细阐述了其研究背景、研究意义、研究内容及关键技术。 在分析了智能假肢设计的仿生性要求的基础上，本文给出了 BRHL 的总体设计方案，分别阐述了人工
19、腿及仿生腿的详细设计。针对 4-bar 膝关节进行了机构参数优化设计；详细分析了 BRHL 的拟人特性。基于拉格朗日第一类方程及分割建模的思想，分别建立了人工腿和仿生腿的运动学模型，以及针对支撑相和摆动相的动力学模型，并进行了仿真计算；在阐述了目前磁流变阻尼器建模方法的基础上，提出了修正的 Sigmoid 建模方法；针对 BRHL 系统的高阶代数一微分动力学方程正解问题，本文提出了带误差反馈的预估-校正数值积分算法并进行了相应的仿真计算。 通过对人类行走步态的描述及步行运动的分析，总结了人类步行规律。介绍了双足机器人以及仿人机器人常用的步态规划方法；基于人类步行规律及步态跟随优化的思想，阐述了
20、 BRHL 步态规划方法：论述了步态数据库的建立、步态感知及步态的在线调整；基于虚拟样机对 BRHL 进行了步态仿真。讨论了 BRHL 的主从式协调控制方法，建立了 BRHL 的分层递阶控制体系。针对磁流变阻尼器设计了其性能测试平台，进行了相关实验并对数据进行了处理。论述了虚拟样机联合仿真的概念和方法，基于一阶 P 型开闭环迭代学习控制算法，对 BRHL 进行了步态跟随联合控制仿真。阐述了人工腿和仿生腿的控制系统设计以及步态的在线检测与在线生成，进行了相关实物实验。随着现代科技的发展，机器人技术已经广泛应用于人类社会的各个生活领域。双足机器人是步行方式中自动化程度最高、最为复杂的动态系统。在
21、90 年代，双足机器人从一般性的拟人腿部行走上升到全方位的拟人，即仿人型机器人的研究。双足机器人研究的一个初衷就是通过对人类自身行走机制的研究，开发出合理的假肢机构用来代偿残疾人残缺的下肢假肢。目前，假肢已经从传统的机械式假肢发展到基于微处理器控制的智能假肢阶段。装配智能下肢假肢的残疾人能够“活动自如” 。 在智能假肢的研发过程中，需要做大量的、多样的、重复性好的残疾人行走实验，这对假肢性能的检验及改进设计尤为重要。然而由于残疾人自身的物理缺陷，做此类实验是非常困难的。目前的假肢实验平台能够较好地研究其摆动相和支撑相性能，然而不能研究残疾人穿戴智能假肢后的行走动态特性，包括行走的稳定性，残疾人
22、与智能假肢的人机协调以及假肢对健康腿的步态跟随等。 仿人机器人研究的目的就是最终实现全方位的拟人，而智能假肢的研究恰恰需要一种能够高度拟人的实验平台。在分析了双足机器人、仿人机器人以及智能假肢研究现状的基础上，我们将双足机器人的研究与智能假肢的研究结合起来，提出了异构双腿行走机器人(Biped Robot with Heterogeneous Legs，BRHL)这一新型机器人模式。本文详细阐述了其研究背景、研究意义、研究内容及关键技术。 在分析了智能假肢设计的仿生性要求的基础上，本文给出了 BRHL 的总体设计方案，分别阐述了人工腿及仿生腿的详细设计。针对 4-bar 膝关节进行了机构参数优
23、化设计；详细分析了 BRHL 的拟人特性。基于拉格朗日第一类方程及分割建模的思想，分别建立了人工腿和仿生腿的运动学模型，以及针对支撑相和摆动相的动力学模型，并进行了仿真计算；在阐述了目前磁流变阻尼器建模方法的基础上，提出了修正的 Sigmoid 建模方法；针对 BRHL 系统的高阶代数一微分动力学方程正解问题，本文提出了带误差反馈的预估-校正数值积分算法并进行了相应的仿真计算。 通过对人类行走步态的描述及步行运动的分析，总结了人类步行规律。介绍了双足机器人以及仿人机器人常用的步态规划方法；基于人类步行规律及步态跟随优化的思想，阐述了 BRHL 步态规划方法：论述了步态数据库的建立、步态感知及步
24、态的在线调整；基于虚拟样机对 BRHL 进行了步态仿真。讨论了 BRHL 的主从式协调控制方法，建立了 BRHL 的分层递阶控制体系。针对磁流变阻尼器设计了其性能测试平台，进行了相关实验并对数据进行了处理。论述了虚拟样机联合仿真的概念和方法，基于一阶 P 型开闭环迭代学习控制算法，对 BRHL 进行了步态跟随联合控制仿真。阐述了人工腿和仿生腿的控制系统设计以及步态的在线检测与在线生成，进行了相关实物实验。随着现代科技的发展，机器人技术已经广泛应用于人类社会的各个生活领域。双足机器人是步行方式中自动化程度最高、最为复杂的动态系统。在 90 年代，双足机器人从一般性的拟人腿部行走上升到全方位的拟人
25、，即仿人型机器人的研究。双足机器人研究的一个初衷就是通过对人类自身行走机制的研究，开发出合理的假肢机构用来代偿残疾人残缺的下肢假肢。目前，假肢已经从传统的机械式假肢发展到基于微处理器控制的智能假肢阶段。装配智能下肢假肢的残疾人能够“活动自如” 。 在智能假肢的研发过程中，需要做大量的、多样的、重复性好的残疾人行走实验，这对假肢性能的检验及改进设计尤为重要。然而由于残疾人自身的物理缺陷，做此类实验是非常困难的。目前的假肢实验平台能够较好地研究其摆动相和支撑相性能，然而不能研究残疾人穿戴智能假肢后的行走动态特性，包括行走的稳定性，残疾人与智能假肢的人机协调以及假肢对健康腿的步态跟随等。 仿人机器人
26、研究的目的就是最终实现全方位的拟人，而智能假肢的研究恰恰需要一种能够高度拟人的实验平台。在分析了双足机器人、仿人机器人以及智能假肢研究现状的基础上，我们将双足机器人的研究与智能假肢的研究结合起来，提出了异构双腿行走机器人(Biped Robot with Heterogeneous Legs，BRHL)这一新型机器人模式。本文详细阐述了其研究背景、研究意义、研究内容及关键技术。 在分析了智能假肢设计的仿生性要求的基础上，本文给出了 BRHL 的总体设计方案，分别阐述了人工腿及仿生腿的详细设计。针对 4-bar 膝关节进行了机构参数优化设计；详细分析了 BRHL 的拟人特性。基于拉格朗日第一类方
27、程及分割建模的思想，分别建立了人工腿和仿生腿的运动学模型，以及针对支撑相和摆动相的动力学模型，并进行了仿真计算；在阐述了目前磁流变阻尼器建模方法的基础上，提出了修正的 Sigmoid 建模方法；针对 BRHL 系统的高阶代数一微分动力学方程正解问题，本文提出了带误差反馈的预估-校正数值积分算法并进行了相应的仿真计算。 通过对人类行走步态的描述及步行运动的分析，总结了人类步行规律。介绍了双足机器人以及仿人机器人常用的步态规划方法；基于人类步行规律及步态跟随优化的思想，阐述了 BRHL 步态规划方法：论述了步态数据库的建立、步态感知及步态的在线调整；基于虚拟样机对 BRHL 进行了步态仿真。讨论了
28、 BRHL 的主从式协调控制方法，建立了 BRHL 的分层递阶控制体系。针对磁流变阻尼器设计了其性能测试平台，进行了相关实验并对数据进行了处理。论述了虚拟样机联合仿真的概念和方法，基于一阶 P 型开闭环迭代学习控制算法，对 BRHL 进行了步态跟随联合控制仿真。阐述了人工腿和仿生腿的控制系统设计以及步态的在线检测与在线生成，进行了相关实物实验。随着现代科技的发展，机器人技术已经广泛应用于人类社会的各个生活领域。双足机器人是步行方式中自动化程度最高、最为复杂的动态系统。在 90 年代，双足机器人从一般性的拟人腿部行走上升到全方位的拟人，即仿人型机器人的研究。双足机器人研究的一个初衷就是通过对人类
29、自身行走机制的研究，开发出合理的假肢机构用来代偿残疾人残缺的下肢假肢。目前，假肢已经从传统的机械式假肢发展到基于微处理器控制的智能假肢阶段。装配智能下肢假肢的残疾人能够“活动自如” 。 在智能假肢的研发过程中，需要做大量的、多样的、重复性好的残疾人行走实验，这对假肢性能的检验及改进设计尤为重要。然而由于残疾人自身的物理缺陷，做此类实验是非常困难的。目前的假肢实验平台能够较好地研究其摆动相和支撑相性能，然而不能研究残疾人穿戴智能假肢后的行走动态特性，包括行走的稳定性，残疾人与智能假肢的人机协调以及假肢对健康腿的步态跟随等。 仿人机器人研究的目的就是最终实现全方位的拟人，而智能假肢的研究恰恰需要一
30、种能够高度拟人的实验平台。在分析了双足机器人、仿人机器人以及智能假肢研究现状的基础上，我们将双足机器人的研究与智能假肢的研究结合起来，提出了异构双腿行走机器人(Biped Robot with Heterogeneous Legs，BRHL)这一新型机器人模式。本文详细阐述了其研究背景、研究意义、研究内容及关键技术。 在分析了智能假肢设计的仿生性要求的基础上，本文给出了 BRHL 的总体设计方案，分别阐述了人工腿及仿生腿的详细设计。针对 4-bar 膝关节进行了机构参数优化设计；详细分析了 BRHL 的拟人特性。基于拉格朗日第一类方程及分割建模的思想，分别建立了人工腿和仿生腿的运动学模型，以及
31、针对支撑相和摆动相的动力学模型，并进行了仿真计算；在阐述了目前磁流变阻尼器建模方法的基础上，提出了修正的 Sigmoid 建模方法；针对 BRHL 系统的高阶代数一微分动力学方程正解问题，本文提出了带误差反馈的预估-校正数值积分算法并进行了相应的仿真计算。 通过对人类行走步态的描述及步行运动的分析，总结了人类步行规律。介绍了双足机器人以及仿人机器人常用的步态规划方法；基于人类步行规律及步态跟随优化的思想，阐述了 BRHL 步态规划方法：论述了步态数据库的建立、步态感知及步态的在线调整；基于虚拟样机对 BRHL 进行了步态仿真。讨论了 BRHL 的主从式协调控制方法，建立了 BRHL 的分层递阶
32、控制体系。针对磁流变阻尼器设计了其性能测试平台，进行了相关实验并对数据进行了处理。论述了虚拟样机联合仿真的概念和方法，基于一阶 P 型开闭环迭代学习控制算法，对 BRHL 进行了步态跟随联合控制仿真。阐述了人工腿和仿生腿的控制系统设计以及步态的在线检测与在线生成，进行了相关实物实验。随着现代科技的发展，机器人技术已经广泛应用于人类社会的各个生活领域。双足机器人是步行方式中自动化程度最高、最为复杂的动态系统。在 90 年代，双足机器人从一般性的拟人腿部行走上升到全方位的拟人，即仿人型机器人的研究。双足机器人研究的一个初衷就是通过对人类自身行走机制的研究，开发出合理的假肢机构用来代偿残疾人残缺的下
33、肢假肢。目前，假肢已经从传统的机械式假肢发展到基于微处理器控制的智能假肢阶段。装配智能下肢假肢的残疾人能够“活动自如” 。 在智能假肢的研发过程中，需要做大量的、多样的、重复性好的残疾人行走实验，这对假肢性能的检验及改进设计尤为重要。然而由于残疾人自身的物理缺陷，做此类实验是非常困难的。目前的假肢实验平台能够较好地研究其摆动相和支撑相性能，然而不能研究残疾人穿戴智能假肢后的行走动态特性，包括行走的稳定性，残疾人与智能假肢的人机协调以及假肢对健康腿的步态跟随等。 仿人机器人研究的目的就是最终实现全方位的拟人，而智能假肢的研究恰恰需要一种能够高度拟人的实验平台。在分析了双足机器人、仿人机器人以及智
34、能假肢研究现状的基础上，我们将双足机器人的研究与智能假肢的研究结合起来，提出了异构双腿行走机器人(Biped Robot with Heterogeneous Legs，BRHL)这一新型机器人模式。本文详细阐述了其研究背景、研究意义、研究内容及关键技术。 在分析了智能假肢设计的仿生性要求的基础上，本文给出了 BRHL 的总体设计方案，分别阐述了人工腿及仿生腿的详细设计。针对 4-bar 膝关节进行了机构参数优化设计；详细分析了 BRHL 的拟人特性。基于拉格朗日第一类方程及分割建模的思想，分别建立了人工腿和仿生腿的运动学模型，以及针对支撑相和摆动相的动力学模型，并进行了仿真计算；在阐述了目前
35、磁流变阻尼器建模方法的基础上，提出了修正的 Sigmoid 建模方法；针对 BRHL 系统的高阶代数一微分动力学方程正解问题，本文提出了带误差反馈的预估-校正数值积分算法并进行了相应的仿真计算。 通过对人类行走步态的描述及步行运动的分析，总结了人类步行规律。介绍了双足机器人以及仿人机器人常用的步态规划方法；基于人类步行规律及步态跟随优化的思想，阐述了 BRHL 步态规划方法：论述了步态数据库的建立、步态感知及步态的在线调整；基于虚拟样机对 BRHL 进行了步态仿真。讨论了 BRHL 的主从式协调控制方法，建立了 BRHL 的分层递阶控制体系。针对磁流变阻尼器设计了其性能测试平台，进行了相关实验
36、并对数据进行了处理。论述了虚拟样机联合仿真的概念和方法，基于一阶 P 型开闭环迭代学习控制算法，对 BRHL 进行了步态跟随联合控制仿真。阐述了人工腿和仿生腿的控制系统设计以及步态的在线检测与在线生成，进行了相关实物实验。随着现代科技的发展，机器人技术已经广泛应用于人类社会的各个生活领域。双足机器人是步行方式中自动化程度最高、最为复杂的动态系统。在 90 年代，双足机器人从一般性的拟人腿部行走上升到全方位的拟人，即仿人型机器人的研究。双足机器人研究的一个初衷就是通过对人类自身行走机制的研究，开发出合理的假肢机构用来代偿残疾人残缺的下肢假肢。目前，假肢已经从传统的机械式假肢发展到基于微处理器控制
37、的智能假肢阶段。装配智能下肢假肢的残疾人能够“活动自如” 。 在智能假肢的研发过程中，需要做大量的、多样的、重复性好的残疾人行走实验，这对假肢性能的检验及改进设计尤为重要。然而由于残疾人自身的物理缺陷，做此类实验是非常困难的。目前的假肢实验平台能够较好地研究其摆动相和支撑相性能，然而不能研究残疾人穿戴智能假肢后的行走动态特性，包括行走的稳定性，残疾人与智能假肢的人机协调以及假肢对健康腿的步态跟随等。 仿人机器人研究的目的就是最终实现全方位的拟人，而智能假肢的研究恰恰需要一种能够高度拟人的实验平台。在分析了双足机器人、仿人机器人以及智能假肢研究现状的基础上，我们将双足机器人的研究与智能假肢的研究
38、结合起来，提出了异构双腿行走机器人(Biped Robot with Heterogeneous Legs，BRHL)这一新型机器人模式。本文详细阐述了其研究背景、研究意义、研究内容及关键技术。 在分析了智能假肢设计的仿生性要求的基础上，本文给出了 BRHL 的总体设计方案，分别阐述了人工腿及仿生腿的详细设计。针对 4-bar 膝关节进行了机构参数优化设计；详细分析了 BRHL 的拟人特性。基于拉格朗日第一类方程及分割建模的思想，分别建立了人工腿和仿生腿的运动学模型，以及针对支撑相和摆动相的动力学模型，并进行了仿真计算；在阐述了目前磁流变阻尼器建模方法的基础上，提出了修正的 Sigmoid 建
39、模方法；针对 BRHL 系统的高阶代数一微分动力学方程正解问题，本文提出了带误差反馈的预估-校正数值积分算法并进行了相应的仿真计算。 通过对人类行走步态的描述及步行运动的分析，总结了人类步行规律。介绍了双足机器人以及仿人机器人常用的步态规划方法；基于人类步行规律及步态跟随优化的思想，阐述了 BRHL 步态规划方法：论述了步态数据库的建立、步态感知及步态的在线调整；基于虚拟样机对 BRHL 进行了步态仿真。讨论了 BRHL 的主从式协调控制方法，建立了 BRHL 的分层递阶控制体系。针对磁流变阻尼器设计了其性能测试平台，进行了相关实验并对数据进行了处理。论述了虚拟样机联合仿真的概念和方法，基于一
40、阶 P 型开闭环迭代学习控制算法，对 BRHL 进行了步态跟随联合控制仿真。阐述了人工腿和仿生腿的控制系统设计以及步态的在线检测与在线生成，进行了相关实物实验。随着现代科技的发展，机器人技术已经广泛应用于人类社会的各个生活领域。双足机器人是步行方式中自动化程度最高、最为复杂的动态系统。在 90 年代，双足机器人从一般性的拟人腿部行走上升到全方位的拟人，即仿人型机器人的研究。双足机器人研究的一个初衷就是通过对人类自身行走机制的研究，开发出合理的假肢机构用来代偿残疾人残缺的下肢假肢。目前，假肢已经从传统的机械式假肢发展到基于微处理器控制的智能假肢阶段。装配智能下肢假肢的残疾人能够“活动自如” 。
41、在智能假肢的研发过程中，需要做大量的、多样的、重复性好的残疾人行走实验，这对假肢性能的检验及改进设计尤为重要。然而由于残疾人自身的物理缺陷，做此类实验是非常困难的。目前的假肢实验平台能够较好地研究其摆动相和支撑相性能，然而不能研究残疾人穿戴智能假肢后的行走动态特性，包括行走的稳定性，残疾人与智能假肢的人机协调以及假肢对健康腿的步态跟随等。 仿人机器人研究的目的就是最终实现全方位的拟人，而智能假肢的研究恰恰需要一种能够高度拟人的实验平台。在分析了双足机器人、仿人机器人以及智能假肢研究现状的基础上，我们将双足机器人的研究与智能假肢的研究结合起来，提出了异构双腿行走机器人(Biped Robot w
42、ith Heterogeneous Legs，BRHL)这一新型机器人模式。本文详细阐述了其研究背景、研究意义、研究内容及关键技术。 在分析了智能假肢设计的仿生性要求的基础上，本文给出了 BRHL 的总体设计方案，分别阐述了人工腿及仿生腿的详细设计。针对 4-bar 膝关节进行了机构参数优化设计；详细分析了 BRHL 的拟人特性。基于拉格朗日第一类方程及分割建模的思想，分别建立了人工腿和仿生腿的运动学模型，以及针对支撑相和摆动相的动力学模型，并进行了仿真计算；在阐述了目前磁流变阻尼器建模方法的基础上，提出了修正的 Sigmoid 建模方法；针对 BRHL 系统的高阶代数一微分动力学方程正解问题
43、，本文提出了带误差反馈的预估-校正数值积分算法并进行了相应的仿真计算。 通过对人类行走步态的描述及步行运动的分析，总结了人类步行规律。介绍了双足机器人以及仿人机器人常用的步态规划方法；基于人类步行规律及步态跟随优化的思想，阐述了 BRHL 步态规划方法：论述了步态数据库的建立、步态感知及步态的在线调整；基于虚拟样机对 BRHL 进行了步态仿真。讨论了 BRHL 的主从式协调控制方法，建立了 BRHL 的分层递阶控制体系。针对磁流变阻尼器设计了其性能测试平台，进行了相关实验并对数据进行了处理。论述了虚拟样机联合仿真的概念和方法，基于一阶 P 型开闭环迭代学习控制算法，对 BRHL 进行了步态跟随
44、联合控制仿真。阐述了人工腿和仿生腿的控制系统设计以及步态的在线检测与在线生成，进行了相关实物实验。特别提醒 ：正文内容由 PDF 文件转码生成，如您电脑未有相应转换码，则无法显示正文内容，请您下载相应软件，下载地址为 http:/ 。如还不能显示，可以联系我 q q 1627550258 ，提供原格式文档。我们还可提供代笔服务，价格优惠，服务周到，包您通过。“垐垯櫃 换烫梯葺铑?endstreamendobj2x 滌甸?*U 躆 跦?l, 墀 VGi?o 嫅#4K 錶 c#x 刔 彟 2Z 皙笜?D 剧珞 H 鏋 Kx 時 k,褝仆? 稀?i 攸闥-) 荮vJ 釔絓|?殢 D 蘰厣?籶(柶胊?
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