复合地面环境下双足机器人全/欠驱动混合的仿人行走稳定性控制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51675385
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0507.机械仿生学与生物制造
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Although the great application requirements of biped robots in dangerous circumstances such as outdoors and disaster rescue in the near future, current pedestrian mode, gait planning methods and control strategies with separated full/under-actuated mode can not meet the demands of high stability and energy efficiency walking on the random composite ground. This project proposes the full/under-actuated hybrid walking mode based on the human gait characteristics. Focusing on the scientific problems of status perception and walking control of biped robots on the composite ground environment, we will study the following five aspects. The first is to extract features between the ground and the humanoid lower limb walking robot. The second is to study the dynamics of the ‘robot-composite ground’ coupling system. The third is to analyze the stability of the full/under-actuated hybrid walking mode when facing the disturbance of random composite ground. The fourth is to identify walking status with imitating the human behaviors. The last is to propose humanoid layered anti-disturbance control strategies and adaptive control algorithms for multi-tasks. Research results will reveal the influence rules of composite ground disturbance on the robot posture, provide the stability criterion for full/under-actuated hybrid walking mode and solve the key problems such as status perception and anti-disturbance recovery in the real-time control condition. At last, a prototype of the biped robot using full/under-actuated hybrid walking mode will be developed. The implementation of this project will improve the gait compliance and resistance ability under composite ground disturbance, increase the walking energy efficiency and provide the fundamental theory and technical support in practice for biped robot.
双足机器人在野外与救灾等场合有广泛的应用需求,而当前采用的全/欠驱动分离的步行模式、步态规划方法与控制策略尚不能满足随机复合地面干扰下的步行稳定性与行走能效要求。本项目基于人类步态特征,提出全/欠驱动混合行走方式,并围绕复合地面环境下的仿人步行状态感知与稳定步行控制这一科学问题,重点研究地面与人类下肢特征提取、机器人-复合地面耦合动力学特性、随机复合地面干扰下机器人全/欠驱动混合行走模式的稳定性能、模仿人类感知行为的步行状态辨识、面向多任务的仿人分层抗扰控制策略与自适应控制算法。预期成果:揭示复合地面干扰对机器人步行姿态的影响规律;提出适用于全/欠驱动混合行走模式的稳定性判据;解决能满足实时控制要求的步行状态感知与抗扰恢复等关键问题;形成全/欠驱动混合步行机器人样机。本项目的研究可增强双足机器人的步态柔顺性与对地面扰动的抵抗能力,提高行走能效,为其走向实用化提供基础理论和关键技术支撑。

结项摘要

双足机器人形态拟人,对非结构化环境具有良好的适应能力,且无需为其改造人类工作和生活的环境,得到了研究者的广泛重视。而当前采用的全/欠驱动分离的步行模式、步态规划方法与控制策略尚不能满足随机复合地面干扰下的步行稳定性与行走能效要求。本研究基于人类步态特征,提出全/欠驱动混合行走方式。.主要研究内容与成果包括:1)采用解耦建模的方式分别建立前向平面和侧向平面“机器人-柔性地面”耦合动力学模型;在此基础上提出水平地面上欠驱动双足步行控制算法和变高度台阶上欠驱动双足步行控制算法。2)基于强化学习设计欠驱动双足机器人髋关节刚度控制策略;针对全驱动双足机器人的三维步行任务,借鉴生物的主动节律运动,设计基于强化学习的周期步行控制器。3)提出基于多策略集成的双足步行分层控制算法,形成包含步态规划层、姿态调控层和伺服跟踪层的稳定步行控制结构。4)最后,研制欠驱动双足步行试验平台,验证所提出控制算法有效性。.本项目的研究增强了双足机器人的步态柔顺性与对复合地面扰动的抵抗能力,提高了行走能效,为其走向实用化提供基础理论和关键技术支撑。

项目成果

期刊论文数量(18)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(4)
专利数量(0)
Feedforward control for underactuated bipedal walking on varying compliant slopes
不同顺应坡度上欠驱动双足行走的前馈控制
  • DOI:
    10.1139/tcsme-2017-0020
  • 发表时间:
    2018-05
  • 期刊:
    Transactions of the Canadian Society for Mechanical Engineering
  • 影响因子:
    0.9
  • 作者:
    Yao Daojin;He Siyu;Wu Yao;Xiao Xiaohui;Wang Yang
  • 通讯作者:
    Wang Yang
面向柔性机器人的串联式变刚度驱动器设计
  • DOI:
    10.13245/j.hust.190102
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    华中科技大学学报(自然科学版)科技大学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙剑韬;周江琛;郭朝;肖晓晖
  • 通讯作者:
    肖晓晖
面向变高度连续台阶的双足欠驱动步行稳定控制
  • DOI:
    10.13973/j.cnki.robot.180010
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    机器人
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    姚道金;张勇;吴垚;肖晓晖
  • 通讯作者:
    肖晓晖
基于3-D步行序列的双足机器人步态规划及实验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中南大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈建芳;丁加涛;肖晓晖
  • 通讯作者:
    肖晓晖
Walking Stabilization Control for Humanoid Robots on Unknown Slope Based on Walking Sequences Adjustment
基于行走序列调整的仿人机器人未知坡度行走稳定控制
  • DOI:
    10.1007/s10846-017-0685-4
  • 发表时间:
    2018-06-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF INTELLIGENT & ROBOTIC SYSTEMS
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Ding, Jiatao;Wang, Yang;Xiao, Xiaohui
  • 通讯作者:
    Xiao, Xiaohui

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  • 通讯作者:
    吴怡
双足步行机器人步态生成与偏航控制策略
  • DOI:
    --
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    --
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    丁加涛;肖晓晖;王杨
  • 通讯作者:
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  • DOI:
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  • 期刊:
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  • 作者:
    孙定阳;沈浩;郭朝;肖晓晖
  • 通讯作者:
    肖晓晖

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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