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仿人与仿生机器人理论与技术

a)仿人机器人,创新成果与特色:研制出采用曲臂连杆驱动关节,具有独特仿生力学运动特性的仿人机器人系统,解决了仿生双足变驱动力构型设计和动力学控制、双足稳定性分析、基于视觉的运动决策、模块化重组,以及其步态规划和行走与运动协调控制等理论问题,出版国内第一本仿人机器人专著《仿人机器人理论与技术》。仿人机器人THBIP-I可以完成无缆平地前进、后退、侧行,连续上下台阶行走,步幅0.35m,可上下75mm台阶。上肢可实现以及端水、太极拳,点头和握手等动作。小型仿人机器人THBIP-II高18cm,重18kg,共有18个自由度,能够完成平地前进、后退、转弯、侧行以及上下楼梯、踢球、射门动作、挥手、抓取重物等动作。


机器人视频链接:
http://learn.tsinghua.edu.cn:8080/2007990009/Perturbation.wmv
http://learn.tsinghua.edu.cn:8080/2007990009/Uneven.wmv

b)双足跑步机器人,创新成果与特色:成功研制出可实现无足高速动态行和跑步的双足机器人,该机器人通过摆动腿回缩和传感反射行走控制方法,可实现无足平面动态高速行走和跑步运动,速度2倍腿长/秒,最大步幅0.56倍腿长,周期最短可达0.2s。


机器人视频链接:
http://learn.tsinghua.edu.cn:8080/2007990009/fw1.wmv
http://learn.tsinghua.edu.cn:8080/2007990009/fw2.wmv
http://learn.tsinghua.edu.cn:8080/2007990009/wtr.wmv
http://learn.tsinghua.edu.cn:8080/2007990009/run.wmv

c)仿生肌肉驱动双足机器人,创新成果与特色:成功研制出基于气动人工肌肉驱动的双足机器人,该机器人采用仿生气动人工肌肉驱动,采用传感反射的神经控制方法,可实现自然动态行走。


机器人视频链接:
http://learn.tsinghua.edu.cn:8080/2007990009/thr2.wmv

d)单足及四足仿生机器人,创新成果与特色:基于质量-弹簧-阻尼模型的单足和四足机器人控制建模,建立了气液混合驱动单足跳跃机器人平台,提出了以虚拟力表征的四足机器人柔顺步态生成方法,与国防科技大学合作研究中国的大狗机器人。


机器人视频链接:
http://learn.tsinghua.edu.cn:8080/2007990009/3D2.avi
http://learn.tsinghua.edu.cn:8080/2007990009/RoughTerrain.mov
http://learn.tsinghua.edu.cn:8080/2007990009/ChineseBigDog1.wmv

e)足球机器人,创新成果与特色:24自由度,基于视觉的自主运动规划,复杂对抗运动实现。高自由度配置使得机器人能够完成各种复杂动作,如步频与人接近的直线行走、单腿站立、转弯、侧移及踢球等。



f)抗强外扰动态行走双足机器人,创新成果与特色:提出了基于外扰估计和稳定捕获区域计算的期望落地点动态规划,可抵抗100N外力,持续0.2s的外推扰动。


机器人视频链接:
http://learn.tsinghua.edu.cn:8080/2007990009/PushRecovery2014.mp4

g)机器人化动力大腿假肢,创新成果与特色:目前市场上的商业化大腿假肢大多是被动型,不能产生动力,也不能主动运动。做过大腿截肢手术的人使用这些被动假肢行走要比正常人多付出60%的新陈代谢能量,且残肢髋关节的摆腿力矩高达正常人的3倍,非常费力和不便,而市场上唯一一款动力膝关节Power Knee在中国售价高达60万元。清华大学机器人与自动化技术及装备研究室结合前期腿式机器人的研究经验和机器人化动力假肢的迫切需求,开展了机器人化动力大腿假肢的研究:该假肢的踝关节和膝关节可实现独立的主动控制,并利用串、并联弹簧提高假肢柔顺性和能效性,模拟人类行走的生物力学特性,可有效降低行走所需新陈代谢功耗,实现负重行走、上下楼梯和站起等复杂动作。



h)被动型伴舞机器人,创新成果与特色:舞蹈运动协调,全向随机运动,力伺服阻尼控制,可以与人协调完成舞蹈动作。



i)仿生人机自然交互臂带,创新成果与特色:该人机交互装置根据人体手臂神经肌肉分布特点,融合微型惯性测量单元(IMU)、表面肌电信号和高清触觉反馈等技术,不依赖任何外部传感器,不受环境光照和操作空间等因素限制,能够以自然手势方式对机器人等外部设备进行高自由度的交互控制。