仿人机器人相似性阶梯行走约束与优化控制.pdf

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1、第201346年卷3第月2期机器人ROBOTVbM1．36．N0-2ar．．20l4D0I：10．3724／SRJ．1218-2014．00233仿人机器人相似性阶梯行走约束与优化控制柯文德1，彭志平1，蔡则苏2，陈珂1(1．广东石油化工学院计算机科学与技术系，广东茂名525000；2哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院，黑龙江哈尔滨150001)摘要：针对基于运动相似性的仿人机器人动作规划中固定运动捕获轨迹难以适应可变目标环境的问题，以仿人机器人上阶梯为例，提出了⋯种基于运动相似性的行走约束与优化控制方法．首先，为相似性阶梯运动轨迹划分子相关键姿

2、势，施加运动学约束；其次，对运动的稳定性、方向、落脚缓冲等施加动力学约束；再次，结合粒子群优化与分层强化学习方法，提出粒子群分层强化矢量位置择优算法，用于对机器人阶梯运动轨迹进行优化．实验证明了方法的有效性．关键词：仿人机器人；相似性；约束；优化中图分类号：TP242．6文献标识码：A文章编号：1002—0446(2014)一02—0233—08ConstraintandOptimizationControlonSimilarSteppingUpstairsforHumanoidRobotKEWende，PENGZhiping，CAIZesu，C

3、HENKe(1DepartmentofComputerScienceandTechnology，GuangdongUniversityofPetrochemicalTechnology，Maoming525000，China；2SchoolofComputerScienceandTechnology，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China)Abstract：Amethodofconstraintandoptimizationcontrolonthesimil~stepping—upstairs

4、processforhumanoidrobotsiSproposedtosolvetheproblemthatthefixedtrackscapturedfromthehumanlocomotioncan’tbeusedinthechangeabletargetenvironmentinthesimilarmotionplanningofhumanoidrobots．Firstly，thesimilarstepping—upstairsprocessesaredividedintothesubphasesandkeyposes，andthecor

5、respondingkinematicsconstraintsaresetaswel1．Secondly．thedynamicsconstraintsarealsosetforthelocomotionstabillty．walkingdirectionandlanding—buferprocess．Thirdly．theHRPSO(particleswarmoptimizationwithhierarchicalreinforcementlearning)algorithmisproposedtooptimizethetracksofstepp

6、ingupstairsforhumanoidrobots．Theexperimentprovesthevalidityoftheproposedmethod．Keywords：humanoidrobot；similarity；constraint；optimization1引言(Introduction)[4-6]研究了人体复杂动作的基段分割、稳定性与相似性特点，以仿人机器人“剑术”表演为例，提基于人体运动相似性的仿人机器人动作设计思出了相似性复杂动作设计方法，并评价运动相似想为：捕获特定场合下的人体运动轨迹并应用在仿程度；文[7]以较低帧速获取

7、3维人体手部动作姿人机器人动作设计上．该方法借鉴人体运动并使仿势，构建了在旋转及向前方向上高度约束的动力学人机器人模仿人体运动中关节轨迹自然平滑过渡、模型，以生成仿人机器人手部动作；文[8】为捕获能量消耗高度优化的特点，解决了传统运动解析方的人体关节运动轨迹设置ZMP(零力矩点)约束以程难以求解复杂运动轨迹的缺点，是仿人机器人领维护稳定性，由压力传感器调整支撑脚关节角度，域的研究热点[1-2]．设计了仿人机器人相似性体操动作，等等．(2)机目前，对仿人机器人相似性运动形态的研究主器人双足平地移动控制，例如，文[9]中修改人体要体现在：(1)机器人

8、下肢平地站立，上肢做与环动作轨迹，设置相似性行走轨迹及平衡约束，并在境无接触的空中运动，例如，文[3]为仿人机器人HRP一2与HOAP一