基于改进涡流搜索算法的外骨骼迭代学习控制

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作者 钟佩思 张大卫 +1 位作者 张超 王晓 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2024年第3期873-879,共7页

为提升康复外骨骼机器人的步态跟踪性能,提出一种基于改进涡流搜索算法的迭代学习控制方法。首先针对传统迭代学习控制抗扰性差和控制信息缺失问题,引入PD控制器、自适应遗忘因子、误差过渡曲线和控制信息搜索等策略,改进迭代学习控制律... 为提升康复外骨骼机器人的步态跟踪性能,提出一种基于改进涡流搜索算法的迭代学习控制方法。首先针对传统迭代学习控制抗扰性差和控制信息缺失问题,引入PD控制器、自适应遗忘因子、误差过渡曲线和控制信息搜索等策略,改进迭代学习控制律;其次,基于多种策略对涡流搜索算法进行改进,提出了一种改进涡流搜索算法,改进后的算法可优化迭代学习控制的PD参数;最后进行行走实验,将提出的迭代学习控制方法与现有的同类算法进行仿真和数值比较,并测试了扰动情况下的跟踪性能。实验结果表明,所提方法的误差更小,跟踪性能更强。该算法改进了迭代学习控制的不足,具有较强的抗扰性能,保证了使用时的稳定性。 展开更多

关键词 迭代学习控制 涡流搜索算法 步态跟踪 外骨骼机器人 轨迹过渡 参数优化

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基于改进SSA优化PID的下肢康复机器人控制 被引量：7

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作者 张稚荷 周凯红 朱梦岩 《现代电子技术》 北大核心 2024年第13期153-159,共7页

针对下肢康复机器人训练过程中步态跟踪误差大的问题,提出一种改进麻雀搜索算法(ISSA)优化PID的控制策略。首先,利用拉格朗日方程对下肢机器人进行动力学分析,得到动力学模型;然后,通过引入Kent映射混沌初始化种群、Tent混沌扰动和柯西... 针对下肢康复机器人训练过程中步态跟踪误差大的问题,提出一种改进麻雀搜索算法(ISSA)优化PID的控制策略。首先,利用拉格朗日方程对下肢机器人进行动力学分析,得到动力学模型;然后,通过引入Kent映射混沌初始化种群、Tent混沌扰动和柯西变异扰动,以及改变探索者-跟随者比例系数和探索者位置更新公式等方面对麻雀搜索算法进行改进,通过8种测试函数证实了算法改进的有效性;最后,在Matlab/Simulink中建立下肢机器人PID控制器和ISSA-PID控制器系统的仿真模型,以正常人体步态数据进行拟合得到的函数曲线作为系统实际输入进行跟踪实验。结果表明:相比于传统PID控制,ISSA-PID控制髋关节和膝关节的误差分别降低了63.3%和72.5%,实现了精准的步态跟踪,验证了该控制策略的有效性。 展开更多

关键词 下肢康复机器人 麻雀搜索算法 优化算法 测试函数 步态数据 PID控制 MATLAB/SIMULINK

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基于最大熵深度强化学习的双足机器人步态控制方法 被引量：3

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作者 李源潮 陶重犇 王琛 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2024年第2期445-451,共7页

针对双足机器人连续直线行走的步态稳定控制问题,提出一种基于最大熵深度强化学习(DRL)的柔性演员-评论家(SAC)步态控制方法。首先,该方法无需事先建立准确的机器人动力学模型,所有参数均来自关节角而无需额外的传感器;其次,采用余弦相... 针对双足机器人连续直线行走的步态稳定控制问题,提出一种基于最大熵深度强化学习(DRL)的柔性演员-评论家(SAC)步态控制方法。首先,该方法无需事先建立准确的机器人动力学模型,所有参数均来自关节角而无需额外的传感器;其次,采用余弦相似度方法对经验样本分类,优化经验回放机制;最后,根据知识和经验设计奖励函数,使双足机器人在直线行走训练过程中不断进行姿态调整,确保直线行走的鲁棒性。在Roboschool仿真环境中与其他先进深度强化学习算法,如近端策略优化(PPO)方法和信赖域策略优化(TRPO)方法的实验对比结果表明,所提方法不仅实现了双足机器人快速稳定的直线行走,而且鲁棒性更好。 展开更多

关键词 双足机器人 步态控制 深度强化学习 最大熵 柔性演员-评论家算法

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大鼠动态减重训练实验跑台的研制

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作者 李肖 甘畅 +1 位作者 谭家浩 蒯波 《机械设计与制造》 北大核心 2024年第12期347-354,共8页

目前的大鼠减重训练实验跑台多采用弹簧一端固定的减重模式,由于该减重模式下大鼠重心的上下浮动会引起弹簧力的周期性变化,这种周期性变化的冲击力会对大鼠造成二次伤害。因此,本研究提出了一种弹簧两端均可自由伸缩的动态减重模式,保... 目前的大鼠减重训练实验跑台多采用弹簧一端固定的减重模式,由于该减重模式下大鼠重心的上下浮动会引起弹簧力的周期性变化,这种周期性变化的冲击力会对大鼠造成二次伤害。因此,本研究提出了一种弹簧两端均可自由伸缩的动态减重模式,保证了减重力在很小的范围内波动,为开展大鼠步行训练实验提供先进的实验平台。首先,利用Solidworks软件进行跑台三维模型的建立,并用ANSYS软件对跑台的主要零件进行静力学分析,验证了跑台结构的稳定性。其次,通过动态减重控制系统的PID控制算法获取大鼠步行训练过程中的减重值并进行弹簧伸长量的实时调节,以减小系统减重值的波动,同时利用跑步机控制系统对跑带进行速度调整和采集。最后,对大鼠进行步行训练实验,验证了该大鼠减重训练实验跑台的有效性。 展开更多

关键词 动态减重 PID控制算法 静力学分析 步态康复训练

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新型四足并联军用机器人步态控制算法及仿真 被引量：6

5

作者 李姗姗 王洪波 +3 位作者 陈建宇 张兴超 田俊杰 牛建业 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期895-909,共15页

在多关节步行机器人控制策略中,全部采用中央模式(CPG)网络进行控制的方法具有参数繁多、网络结构复杂的特点;机器人的工作环境通常多变且复杂,对机器人的灵活性和抗干扰能力提出了更高的要求,故仅采用单一的控制模式很难满足上述需求... 在多关节步行机器人控制策略中,全部采用中央模式(CPG)网络进行控制的方法具有参数繁多、网络结构复杂的特点;机器人的工作环境通常多变且复杂,对机器人的灵活性和抗干扰能力提出了更高的要求,故仅采用单一的控制模式很难满足上述需求。针对上述问题,在机器人控制上把基于CPG的控制方法和基于虚拟模型的控制方法进行综合,对单腿为3-UPS机构的四足并联军用机器人设计了一种新型步态控制算法,用CPG完成机器人的基础步态,完成输入输出之间的非线性振荡器网络模型的搭建,并将模型的输出与关节电机的驱动力矩构成映射关系;再用虚拟模型生成行走时保持机器人平稳姿态所需要的足端虚拟力,并将足端虚拟力映射为关节驱动力矩。通过V-REP与MATLAB软件对该步态控制算法进行联合仿真实验。仿真结果表明:所提出的步态控制算法有效;新算法的优势在于简化控制网络的同时还能保证机器人在行走过程中拥有较强的灵活性和抗干扰能力,这种新型控制模式为四足并联军用机器人的步态控制提供了新的思路与方法。 展开更多

关键词 四足并联军用机器人 步态控制算法 非线性振荡器 虚拟模型 V-REP仿真

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全方位六足步行机器人运动规划的相对运动算法 被引量：6

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作者 阳如坤 王泰耀 《机器人》 EI CSCD 北大核心 1992年第5期44-47,共4页

本文提出了步行机器人运动控制算法。该方法以相对运动学原理为基础,把机体的运动规划问题转化为腿的足端轨迹规划问题,从而使步行机器人运动控制问题得到大大简化.并应用该方法对全方位三角步态算法及稳定性进行分析求解.

关键词 运动规划 算法 步行 机器人

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四腿机器人步态参数自动进化研究与实现 被引量：10

7

作者 许涛 陈启军 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2009年第1期72-76,81,共6页

采用进化算法和基于自主视觉的适应度评估方法,实现了四腿机器人在RoboCup机器人足球比赛现场的行走步态在线自动进化.我们引入内推法作为交叉方法,利用PC基站进行进化算法计算和流程主控,并采用了一些学习时间缩减策略.实现了进化学习... 采用进化算法和基于自主视觉的适应度评估方法,实现了四腿机器人在RoboCup机器人足球比赛现场的行走步态在线自动进化.我们引入内推法作为交叉方法,利用PC基站进行进化算法计算和流程主控,并采用了一些学习时间缩减策略.实现了进化学习的连续性和可扩展性,使得学习过程可以在40-60 min内完成,这样就能在比赛现场对ERS-7四足机器人进行行走再学习,提高了行走控制的适应性.算泫最终结果使ERS-7型四足机器人的行走速度从27 cm/s提升到43 cm/s. 展开更多

关键词 四腿机器人 步态学习 进化算法 行走控制

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四足机器人运动分析及控制算法研究 被引量：3

8

作者 张奔 卞新高 朱灯林 《机床与液压》 北大核心 2018年第23期47-51,共5页

为实现一种液压驱动的四足机器人稳定行走,针对JQRI00四足机器人进行了步态规划,并推导出其运动控制算法。根据前期对四足机器人的结构设计,建立其运动学模型,得到各关节运动的逆运动学分析。根据JQRI00的驱动特点,对其运动控制算法进... 为实现一种液压驱动的四足机器人稳定行走,针对JQRI00四足机器人进行了步态规划,并推导出其运动控制算法。根据前期对四足机器人的结构设计,建立其运动学模型,得到各关节运动的逆运动学分析。根据JQRI00的驱动特点,对其运动控制算法进行研究。并利用ADAMS对机器人进行仿真。仿真及控制系统实验的结果准确合理,表明所研究的步态规划正确可行,控制算法实时有效,为机器人后期的复杂动作控制提供参考。 展开更多

关键词 四足机器人 步态规划 运动学分析 控制算法

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遗传算法及其在机器人控制中的应用 被引量：9

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作者 徐小云 颜国正 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 2001年第4期334-338,共5页

遗传算法是建立在模拟自然界生命进化机制基础上的一种新型搜索和优化方法。本文介绍了遗传算法的概念、基本原理及其优点，讨论了它在机器人控制领域中的应用。并指出了遗传算法存在的问题和在机器人控制中的未来发展方向。

关键词 遗传算法 机器人控制 步态优化 路径规划

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基于迭代学习控制算法的下肢外骨骼机器人跟随特性 被引量：8

10

作者 杨凯歌 钟佩思 +2 位作者 郑义 倪伟 刘梅 《科学技术与工程》 北大核心 2018年第34期196-201,共6页

目前下肢外骨骼机器人存在的运动控制算法追踪人体髋关节和膝关节期望轨迹时存在误差,从而导致人机系统随动性能差。因此,提出迭代学习控制算法追踪人体髋关节和膝关节期望轨迹。首先,结合人体下肢结构分析,建立下肢外骨骼机器人动力学... 目前下肢外骨骼机器人存在的运动控制算法追踪人体髋关节和膝关节期望轨迹时存在误差,从而导致人机系统随动性能差。因此,提出迭代学习控制算法追踪人体髋关节和膝关节期望轨迹。首先,结合人体下肢结构分析,建立下肢外骨骼机器人动力学模型;其次,基于迭代学习控制算法建立下肢外骨骼机器人随动控制模型;最后,利用Matlab软件设计指数变增益闭环D型运动控制系统,分析收敛速度与谱半径的关系,追踪得到人体下肢髋关节和膝关节期望轨迹。仿真结果表明该算法能够有效提高下肢外骨骼机器人步态轨迹跟踪精度,提升人机系统随动性能。 展开更多

关键词 下肢外骨骼机器人 迭代学习控制算法 运动控制系统 步态轨迹跟踪精度

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闸机通道控制算法研究 被引量：2

11

作者 吴琪 李凯旋 +2 位作者 耿伟 涂琴 张媛 《河南科技》 2022年第16期23-27,共5页

闸机通道控制算法的核心是保证合法通行和阻止非法通行,其性能的优劣对闸机的正常运行起着至关重要的作用。基于传感器的闸机通道检测技术具有成本低、结构简单、安装方便等优点,是目前常用的闸机通道控制技术。本研究详细介绍通道传感... 闸机通道控制算法的核心是保证合法通行和阻止非法通行,其性能的优劣对闸机的正常运行起着至关重要的作用。基于传感器的闸机通道检测技术具有成本低、结构简单、安装方便等优点,是目前常用的闸机通道控制技术。本研究详细介绍通道传感器的分类和传感器阵列的布局方式,并阐述常用的闸机控制算法。通过研究发现,这些算法均能满足闸机通道控制的要求,而在实时性和近距离尾随方面这些算法各有优势,多种类融合算法是未来闸机通道控制算法的发展方向。 展开更多

关键词 闸机通道控制算法 传感器 人体特征 步态识别 支持向量机

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NSGA-Ⅱ在蛇形机器人中的优化与控制

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作者 魏武 邓高燕 《计算机工程》 CAS CSCD 2012年第8期137-140,共4页

研究蛇形机器人蜿蜒运动步态的优化与控制问题。结合摩擦力模型,并分析蛇形机器人运动步态模型,根据基于闭环反馈的控制系统结构运用PID控制器对其步态进行跟踪控制,在此基础上采用基于非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对步态进行优化,该优... 研究蛇形机器人蜿蜒运动步态的优化与控制问题。结合摩擦力模型,并分析蛇形机器人运动步态模型,根据基于闭环反馈的控制系统结构运用PID控制器对其步态进行跟踪控制,在此基础上采用基于非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对步态进行优化,该优化方法实现对闭环反馈跟踪控制系统的参数优化。仿真结果表明,NSGA-Ⅱ算法能达到变量优化目的,在功率和速度之间寻找最优值,对于解决蛇形机器人运动步态多目标优化问题是可行有效的。 展开更多

关键词 蛇形机器人 运动步态优化与控制 PID控制器 遗传算法 多目标优化

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双足机器人步态控制的深度强化学习方法 被引量：12

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作者 冯春 张祎伟 +2 位作者 黄成 姜文彪 武之炜 《计算机集成制造系统》 EI CSCD 北大核心 2021年第8期2341-2349,共9页

针对双足机器人行走过程中的步态稳定控制问题,提出一种改进深度Q网络的深度强化学习方法。首先,将深度Q网络算法与确定性策略梯度相结合,提出用修正Double-Q网络优化操作—评论网络的评论网络,给出一种改进的深度Q网络;然后,建立双足... 针对双足机器人行走过程中的步态稳定控制问题,提出一种改进深度Q网络的深度强化学习方法。首先,将深度Q网络算法与确定性策略梯度相结合,提出用修正Double-Q网络优化操作—评论网络的评论网络,给出一种改进的深度Q网络;然后,建立双足机器人连杆模型,在常规的平整路面上将改进的深度Q网络用于作为智能体的双足机器人进行步态控制训练。MATLAB仿真结果表明,与深度Q网络和深度确定性策略梯度算法相比,所提算法有更好的训练速度且其回报曲线具有良好的平滑性。在CPU训练下,经过20 h左右深度强化学习能够完成智能体训练。双足机器人在较小的力矩和长距离下能够稳定快步行走。 展开更多

关键词 双足机器人 步态控制 深度强化学习 智能体 操作—评论 改进深度Q网络算法

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仿人服务机器人的平衡控制 被引量：4

14

作者 张爽 邬依林 +1 位作者 葛伟亮 蓝恺 《中山大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2016年第5期14-20,共7页

仿人机器人具有复杂的耦合非线性特性,因此仿人机器人的平衡控制具有重要的研究意义。针对仿人服务机器人系统,研究智能仿人服务机器人的平衡控制。首先,研究智能双足仿人机器人HUBO的行走与站立时平衡模式,分析HUBO基于ZMP的步态规划方... 仿人机器人具有复杂的耦合非线性特性,因此仿人机器人的平衡控制具有重要的研究意义。针对仿人服务机器人系统,研究智能仿人服务机器人的平衡控制。首先,研究智能双足仿人机器人HUBO的行走与站立时平衡模式,分析HUBO基于ZMP的步态规划方法,并分析HUBO内部各个关键控制器的控制方式,以保证机器人行走时的平衡。然后,通过这些信息,使用Simulink对各控制器进行仿真,验证控制效果。最后,通过仿真分析、改进各项控制参数,进一步改善了仿人机器人步态平衡控制,达到较好的步态平衡控制效果。 展开更多

关键词 仿人机器人 平衡控制 ZMP算法 步态规划

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双足机器人RCG姿态控制算法的研究 被引量：3

15

作者 刘迪 孔令文 杜巧玲 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期1842-1848,共7页

稳定步行是仿人双足机器人开展实际作业的基础,也是研究的难点和热点.为了提高对仿人机器人步行失稳的响应速率和控制准确性,克服利用陀螺仪进行姿态测量及控制无法完整表述机器人运动状态,从而造成控制滞后的缺点.本文提出了RCG姿态控... 稳定步行是仿人双足机器人开展实际作业的基础,也是研究的难点和热点.为了提高对仿人机器人步行失稳的响应速率和控制准确性,克服利用陀螺仪进行姿态测量及控制无法完整表述机器人运动状态,从而造成控制滞后的缺点.本文提出了RCG姿态控制算法,在以角速度和角度作为控制参量的模型基础上,引入机器人运动过程中的加速度作为姿态判断和调整的影响因子,实现对机器人行走过程的反馈控制,提高了双足机器人对失稳状态的响应速率和响应的准确性.通过对自主搭建的机器人样机进行测试,结果表明:当双足机器人步行失稳时,RCG姿态控制算法比以角速度和角度作为参量的控制算法能够更快速、准确的修正姿态偏差,保持姿态稳定. 展开更多

关键词 仿人机器人 步态稳定 控制算法 姿态测量

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高自由度双足机器人数学模型及步行控制研究 被引量：1

16

作者 郝文瑞 刘畅 《力学与实践》 CSCD 北大核心 2006年第6期69-72,共4页

基于ZMP理论及位姿矩阵,采用了相对重心以及相对坐标系的数学描述方法,对17自由度双足机器人步行稳定性控制进行数学建模研究．所建立的数学模型能够描述机器人稳定性控制．并经过Matlab数学计算和仿真研究,验证了所建立的模型可以描述... 基于ZMP理论及位姿矩阵,采用了相对重心以及相对坐标系的数学描述方法,对17自由度双足机器人步行稳定性控制进行数学建模研究．所建立的数学模型能够描述机器人稳定性控制．并经过Matlab数学计算和仿真研究,验证了所建立的模型可以描述双足机器人的步行规律,在理论上达到了双足机器人步行稳定性的控制目的．最后通过VC++把整个模型封装成一个可视化系统,便于将所研究的模型应用到实际的控制中,为未来机器人的实时控制的研究提供了技术支持． 展开更多

关键词 步行控制 数学建模 零力矩点 遗传算法

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基于仿生蛇形机器人的智能蜿蜒运动控制方法 被引量：3

17

作者 杜洪健 郭鹏 +1 位作者 肖文煜 殷竣 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2023年第S01期142-146,共5页

蜿蜒步态控制是特种仿生蛇形机器人的基础运动控制之一。针对蜿蜒运动中蛇形机器人进行跟踪存在目标丢失、头部晃动及方向不稳定的问题,结合滑模变结构控制和Canny多级边缘检测算法,提出了一种智能蜿蜒运动控制方法。首先,基于滑模控制... 蜿蜒步态控制是特种仿生蛇形机器人的基础运动控制之一。针对蜿蜒运动中蛇形机器人进行跟踪存在目标丢失、头部晃动及方向不稳定的问题,结合滑模变结构控制和Canny多级边缘检测算法,提出了一种智能蜿蜒运动控制方法。首先,基于滑模控制理论设计了直线跟踪控制器;其次,提出一种新的蜿蜒步态控制函数,解决了蛇形机器人的头部晃动问题;最后,结合Canny算法、直线跟踪控制器和蜿蜒步态控制函数,建立蛇形机器人完整的控制回路,实现机器人的定向控制。实验结果表明,所提出的智能蜿蜒步态控制方法相对于传统的蜿蜒运动更具稳定性和鲁棒性。 展开更多

关键词 滑模变结构控制 蜿蜒运动 CANNY算法 步态控制

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双足行走机器人步态与稳定性研究

18

作者 李卓 叶天迟 时岩松 《吉林工程技术师范学院学报》 2022年第1期93-96,共4页

双足行走机器人的步态稳定控制系统不仅系统结构复杂,而且系统耦合度较高,因此,需要机器人具有稳定性较强的步态稳定控制系统为机器人提供稳定运行的保障。文章从步态稳定控制系统的软硬件设计以及步态控制算法等方面进行了研究。利用... 双足行走机器人的步态稳定控制系统不仅系统结构复杂,而且系统耦合度较高,因此,需要机器人具有稳定性较强的步态稳定控制系统为机器人提供稳定运行的保障。文章从步态稳定控制系统的软硬件设计以及步态控制算法等方面进行了研究。利用六轴传感器检测机器人的运动状态,并提出了去除重力分量的RCG姿态解算算法作为机器人的步态控制算法。除此之外,系统的控制模式采用了主从控制模式,将系统分成了主控板和舵机控制板两大部分,在一定程度上降低了系统的耦合性,使系统的升级与维护能够更加有针对性的分开进行。最后利用模拟样机与实验样机进行了一系列实验证明了步态稳定控制系统具有有效性。 展开更多

关键词 双足行走机器人 步态稳定控制 姿态解算算法

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仿生双足机器人步态轨迹自适应控制方法研究 被引量：5

19

作者 柳秀山 张琴 +1 位作者 程骏 蔡君 《计算机仿真》 北大核心 2021年第3期298-302,共5页

仿生双足机器人的步态控制具有高阶、高耦合,以及不完整约束等复杂特征,为了使其行走性能更接近人体,基于模型分析提出了一种步态轨迹自适应控制方法。首先在人体步态变化对质心投影位置与质心角动量影响的基础上,引入倒立摆建立步态模... 仿生双足机器人的步态控制具有高阶、高耦合,以及不完整约束等复杂特征,为了使其行走性能更接近人体,基于模型分析提出了一种步态轨迹自适应控制方法。首先在人体步态变化对质心投影位置与质心角动量影响的基础上,引入倒立摆建立步态模型来模拟人体行走状态,同时推导出质心投影点位置与速度公式。然后为了实现步态轨迹自适应控制,对影响步态性能的稳定性、速度调整、能量消耗三个因素设计了相应的目标约束。在目标约束条件下,利用参考轨迹对机器人的步态控制参数进行自适应整定。并根据周期间的相位差异进行偏差调整,从而抑制步态控制的误差。最后通过仿真模拟仿生双足机器人的行走过程,证明提出的步态轨迹自适应控制方法能够合理有效的控制能量消耗和稳定调节,具有良好的步态平衡性能与抗扰动性能。 展开更多

关键词 仿生双足机器人 步态轨迹 质心投影点 倒立摆模型 自适应控制算法

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