雙足機(jī)器人平衡控制及步態(tài)規(guī)劃研究.pdf

1、驅(qū)動(dòng)技術(shù)，人工智能，高性能計(jì)算機(jī)等最新技術(shù)已經(jīng)使雙足機(jī)器人有了粗略模擬人體運(yùn)動(dòng)的靈巧性，能夠進(jìn)行舞蹈展示，樂器演奏，與人交談等。然而這與投入實(shí)際應(yīng)用所需求的能力還有不小差距。主要體現(xiàn)在缺乏與人類相近的平衡能力和步伐協(xié)調(diào)能力，對(duì)工作環(huán)境要求高，在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中適應(yīng)能力差。因此，本文以自主研制的雙足機(jī)器人為研究對(duì)象，重點(diǎn)研究了雙足機(jī)器人的平衡控制，阻抗控制以及步態(tài)規(guī)劃等內(nèi)容。
　　本文首先簡(jiǎn)要介紹了自主研制的雙足機(jī)器人的軟硬件構(gòu)架，建

2、立了ADAMS和Gazebo仿真來(lái)協(xié)助對(duì)控制算法性能預(yù)測(cè)和優(yōu)化并減少對(duì)物理機(jī)器人的危險(xiǎn)操作。接著分析了雙足機(jī)器人的正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)并引入運(yùn)動(dòng)學(xué)庫(kù)KDL來(lái)簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)學(xué)運(yùn)算。
　　穩(wěn)定的平衡控制對(duì)于雙足機(jī)器人而言在目前還是個(gè)不小的挑戰(zhàn)。本文就此研究了兩種處理平衡的阻抗調(diào)節(jié)方案。一種是基于LQR的固定阻抗模型，這種方案簡(jiǎn)單有效，但存在易產(chǎn)生振動(dòng)的問(wèn)題，本文結(jié)合濾波改善了平衡控制效果。另一種是基于增強(qiáng)學(xué)習(xí)的自適應(yīng)阻抗模型。該方法可以在不知道系統(tǒng)內(nèi)

3、部動(dòng)態(tài)信息的情況下利用迭代策略在線得到最優(yōu)解，是對(duì)前述LQR方法的進(jìn)一步優(yōu)化。隨后本文通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證并分析了優(yōu)缺點(diǎn)。
　　步態(tài)規(guī)劃是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制中最基礎(chǔ)的一環(huán)。本文從五連桿平面機(jī)器人入手對(duì)其運(yùn)動(dòng)控制進(jìn)行了研究。首先采用基于ZMP的多項(xiàng)式擬合法實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人平地行走的步態(tài)規(guī)劃。然后分析其動(dòng)力學(xué)模型并利用PD控制器進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，就仿真中出現(xiàn)雙腿支撐階段跟蹤誤差較大的問(wèn)題提出了PD與徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)混合控制的新策略。再次通過(guò)仿真