雙足機器人穩(wěn)定行下次的仿人預測控制方法研究.pdf

1、雙足穩(wěn)定行走是雙足機器人研究領域的首要目標。目前,ZMP(零力矩點)行走方法已得到廣泛應用并取得了顯著成就,但也存在不足。本文對雙足機器人的控制理論進行改進、提高和完善,為雙足機器人穩(wěn)定行走的控制軟件開發(fā)提供更好的理論基礎。力求使雙足行走方式的穩(wěn)定性更強。
　　 在完善和發(fā)展雙足機器人穩(wěn)定行走的相關控制理論和技術方面,本文主要解決四個問題,第一個問題是雙足機器人的奇異姿態(tài);第二個問題是預測控制器的參數(shù)調控標準;第三個問題是預測控

2、制的性能;第四個問題是.ZMP行走方法缺乏自適應性。針對這四個問題,開展了四個方面的研究:逆運動學算法改進研究,預測控制器參數(shù)取值研究,結合仿人智能控制和預測控制的仿人預測控制策略研究,以及ZMP和動力學模型與仿真研究。
　　 文本的主要創(chuàng)新點有:
　　 1、改進逆運動學算法；
　　 針對雙足機器人逆運動學的數(shù)值解法中存在的雅可比矩陣奇異性和調節(jié)參數(shù)固定問題,提出一種改進的逆運動學算法,從而使機器人在行走過程中避

3、開雅可比矩陣奇異性導致的奇異姿態(tài),提高了腳步的運動精度。其方法是通過微分運動方程的近似解避開雅可比矩陣求逆,利用能夠減小跟蹤誤差的自適應模糊控制法,調節(jié)自適應參數(shù)以使近似解任意逼近精確解,從而得到精確性極高和強魯棒性的模糊自適應可調增益算法。通過實驗分析和驗證了改進的逆運動學算法的有效性,而且整套算法耗時少,可以用于雙足機器人的實時控制。
　　 2、建立預測控制器參數(shù)調控方案；
　　 通過對預測控制器模型和極點的深入分析

4、,解決了預測控制生成步行模式時參數(shù)間關系和參數(shù)取值范圍問題,為預測控制器的參數(shù)調控提供了一種方案。預測控制通過控制質心運動生成步行模式以實現(xiàn)ZMP目標軌跡跟蹤。根據(jù)預測控制器模型研究參數(shù)問的關系,最終將獨立參數(shù)減少到一個,并通過極點分析討論其取值范圍。提出的關鍵參數(shù)具有明確的物理意義,在容許取值范圍內,可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性,并生成滿足穩(wěn)定步行的質心運動。實驗驗證了在存在擾動情況下,如關鍵參數(shù)取適當值,能夠生成穩(wěn)定的步行模式。
　　

5、 3、提出仿人預測控制步行模式生成方法；
　　 結合仿人智能控制與預測控制,提出一種新的仿人預測控制在線步行模式生成方法,克服了預測控制在環(huán)境擾動引起的模型失配時的性能下降缺點,增強了雙足行走的自適應性。考慮到事先規(guī)劃好的期望ZMP缺乏自適應性,可以把期望ZMP分解成離線規(guī)劃好的參考ZMP和實時變化的可變ZMP之和。添加實時可變ZMP具有消除外力干擾、適應不平整地面和姿態(tài)控制等功效。通過預測控制系統(tǒng)和可變ZMP逆系統(tǒng)的共同作用