基于步态切换的欠驱动双足机器人控制方法

由于高维、非线性、欠驱动等特点, 3-D双足机器人的稳定性控制依然是一个研究难点. 一些传统的控制方法, 如基于事件的反馈控制方法和PD控制方法, 抗扰动能力较弱, 鲁棒性较差. 通过观察, 人类受到外部扰动影响时, 会通过调整步态重新获得稳定性,相较之下仅依靠一个步态获得的稳定性是有限的. 受此启发, 本文针对上述问题提出一种基于步态切换的欠驱动3-D双足机器人控制方法. 首先, 以能耗最少为优化目标, 通过非线性优化方法预先设计多组不同步长、步速的步态作为参考步态, 以构建一个步态库; 然后, 通过综合考虑步态切换过程中的稳定性与能效, 建立了多目标步态切换函数; 最后, 将该步态切换函数作为优化目标, 并求解该最小化问题获得下一步的参考步态, 从而实现步态切换, 达到使用步态库?多轨迹方法来提高鲁棒性的目的. 在仿真实验中运用该步态切换控制方法, 欠驱动3-D双足机器人可实现相对高度在[-20, 20] mm内随机变化的不平整地面上行走, 而仅采用单步态控制策略则无法克服这样的外部扰动, 从而说明了基于步态切换的欠驱动双足机器人控制方法的有效性.      

基于步态切换的欠驱动双足机器人控制方法

由于高维、非线性、欠驱动等特点,3-D双足机器人的稳定性控制依然是一个研究难点.一些传统的控制方法,如基于事件的反馈控制方法和PD控制方法,抗扰动能力较弱,鲁棒性较差.通过观察,人类受到外部扰动影响时,会通过调整步态重新获得稳定性,相较之下仅依靠一个步态获得的稳定性是有限的.受此启发,本文针对上述问题提出一种基于步态切换的欠驱动3-D双足机器人控制方法.首先,以能耗最少为优化目标,通过非线性优化方法预先设计多组不同步长、步速的步态作为参考步态,以构建一个步态库;然后,通过综合考虑步态切换过程中的稳定性与能效,建立了多目标步态切换函数;最后,将该步态切换函数作为优化目标,并求解该最小化问题获得下一步的参考步态,从而实现步态切换,达到使用步态库-多轨迹方法来提高鲁棒性的目的.在仿真实验中运用该步态切换控制方法,欠驱动3-D双足机器人可实现相对高度在[-20,20]mm内随机变化的不平整地面上行走,而仅采用单步态控制策略则无法克服这样的外部扰动,从而说明了基于步态切换的欠驱动双足机器人控制方法的有效性.