无动力双足步行机器人控制策略与算法

欠驱动机器人

第 26卷第2期 20 9年2月 文章编号 :

控制理论与应用 ct n s r C o n t o lT eo r& h y A Pli a io P

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无动力双足步行机器人控制策略与算法 刘振泽 l ( .

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田彦涛1

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1 2张佩杰周长久 , ,

3吉林大学通信工程学院吉林长春 1

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新加坡理工学院先进机器人与智能控制研究中心新加坡

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摘要:本文研究无动力双足步行机器人的建模分析与控制问题基于能量的控制增加了机器人行走极限环的稳定性鲁棒性扩大了极限环的收敛域;角度不变控制使机器人的稳定行走步态摆脱了地面倾斜角度的限制;把基于能量的控制与角度不变控制结合起来可以实现在不同倾斜角度地面上行走模式的切换基于能量的行走平均速 、 .

,

,

.

度控制方法在平均速度与目标能量之间建立了联系能使机器人的行走产生新的稳定步态最后对无动力双足步行机器人的研究前景做了展望关键词:无动力双足步行机器人;角度不变控制;能量控制;极限环 , .

.

,

中图分类号:

T P2 4

文献标识码:

A

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I ro ue on引言( n t d ti )

人控制中较为常用的算法它首先通过学习人类双足行走的步态数据特征 (基于仿生学的原理 )}或 s[ 、 、、

,

双足机器人的研究是国内外机器人领域的研究

热点之一它涉及到机器视觉传感器信息融合机

,

按照某种稳定性判据(如零力矩点判据例 , , ,

,

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MP中;

械设计与加工人工智能 ,,

l仿生学等多种学科[ ,,

.

心压力判据 c 0 P等声}离线规划机器人的各个关

7

足机器人是一个复杂的机械系统腿数少自由度

节的运动轨迹通过控制各关节的实时力矩使各个

,

多动力学特性复杂其行走运动具有欠驱动与不稳 定特性这给双足机器人行走的动态分析与控制带 ,

关节按照事先规划好的参考轨迹运动该方法能控 制机器人完成复杂的动作算法实现较为复杂效率 / )低 (只有人类行走效率的 1 10 、 、, ,

.

来了很大的困难冈 、

.

目前双足机器人的行走控制仍 , .

,

,

不能深入地揭示双足 .

然是一个没有完全解决的问题包括双足行走的稳定性高效率和适应性阁在双足机器人行走控制的研究中基本的思路 可以分为基于参考轨迹的控制方法和基于模型的 ] a动态控制方法[ : .

行走稳定性适应性高效率的内在机理基于模型的动态控制方法主要借鉴已有的物理模型对双足 ,

,

] s机器人的行走模型进行简化如倒立摆模型[被动 , ,

] 0步态模型[

,

0 l质量弹簧模型[}等控制模型基于模型 .

基于参考轨迹的方法是双足机器 : .

的动态控制方法能从一定的角度揭示了双足步行及

1;收稿日期 2 0 7一 0一 12收修改稿日期 20 8一 0一 1 8 9基金项目:国家高技术研究发展计划 (86计划)资助项目 (叩 6A A 0 2 3 4

z 25 1

; )吉林省科技发展计划项目( 0 7 0 5 2 4 ) 0 2

;

占林大学

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「程

研究

创新计划项目(2 00

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无动力双足步行机器人控制策略与算法

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