不平整地面仿人机器人行走控制策略.pdf

第卷第期机械工程学报
年月
不平整地面仿人机器人行走控制策略’
,
帅梅’付成龙杨向东陈,恳
北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京
清华大学精密仪器与机械学系北京
摘要针对仿人机器人行走于不平整地面会失稳倾倒的现象, 提出基于碰撞原理的在线调节控制算法。该
调节算法可以实现快速的动力学解算, 估算出仿人机器人遇到障碍时地面对腿部的冲击力大小, 据此调节仿人机
器人的腿部及躯干姿态参数, 使机器人成功稳定行走过凸起或凹陷障碍。采用的工具, 仿真验
证了杆仿人机器人模型基于在线调节控制算法平稳行走过障碍的过程。
关健词仿人机器人不平整地面行走碰撞原理控制策略
中图分类号开
由于方法引入了新物理量“广义速率”,
月叮台将运动方程式由二阶微分方程降为一阶常微分方
程, 从而可产生简洁的运动方程式吓, 更易于作计
, ,
仿人机器人研究中一个关键问题是如何使仿算机数值分析计算执行时间也更短从而满足实
。
人机器人适应各种地面, 进行快速、稳定的行走。时计算的要求因此基于碰撞原理, 在线计
目前, 仿人机器人的步态规划通常采用离线方式进算仿人机器人在不平整地面行走遇到凸起或凹陷等
行, 即主要针对理想的平整地面环境, 设计出满足障碍时, 所受地面冲击力的估计值, 并据此冲击力
特定全局优化要求的步态序列, 然后根据规划好的对步态进行在线调整控制, 使机器人在不平整地面
步态序列控制机器人行走。在这种情况下, 若是遇行走时, 能顺利通过障碍。
见凸起或凹陷的不平整地面, 会使摆动腿末端提前
或推迟触地, 使腿末端遭遇过大的地面冲击力, 导模型的建立
致机器人因憋劲、姿态扭曲而摔倒。因此, 一些研
究机构尝试采用各种步态在线修正算法来实现针对不平整地面的仿人机器人模型
,
实际行走环境的稳定持续行走其所使用的步态在因仿人机器人行走在一平面内, 所以杆仿
线修正算法在机理上基本一致实时收集仿人机器人机器人的自由度为。杆仿人机器人模型结构及
人身体上各种传感器的信息, 如关节上角度和力矩其参数定义如图所示。图中, , 为躯干质
,
传感器信息足底的六维力传感器或者压力传感器心的广义坐标, , 八, 几, , 分别为躯干、艘关
, 、
组信息躯干上的陀螺仪倾斜计以及视觉等传感节和左右膝关节角度的广义坐标, , 为作用
, ,
器的信息再根据这些信息解算得到调整身体姿于躯干和两个大腿间的力矩, 为作用于左
态所需要的数据, 把这些数据与预先规划的步态数
据作比较, 所得误差经过简单快速处理后送回控制
系统进行在线步态调节控制【’一。
实时快速有效解算是在线修正算法追求的目
标。如文献【, 采用具有人类行走生物学特性的基
本反射活动动态模型, 根据实际地面环境, 仅对离
线计算的关节控制变量进行在线快速调节, 实现不崩
平整地面仿人机器人的行走控制文献〕则以脚和
地面之间的压力、摩擦力条件, 实现仿人机器人的
力快速控制。势卫
国家计划一、中国博士后科学基金。洲刃”
从。
,
和清华一中大博士后科学基金资助项目收到初稿仪日乃工图杆仿人机器人模型坐标系示意图
收到修改稿
机械