双足机器人自适应常值驱动与传感反馈结合的仿生行走控制.pdf

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1、第28卷第8期控制与决策2013年8月、b1．28No．8ControlandDecisionAug．2013文章编号：1001—0920(20t3)08—1152—05双足机器人自适应常值驱动与传感反馈结合的仿生行走控制刘丽梅，一，田彦涛(1．吉林大学通信工程学院，长春130025；2．吉林财经大学应用数学学院，长春130117)摘要：为了将双足机器人的混沌步态控制收敛到稳定的周期步态，提出一种控制策略．首先用庞卡莱截面法研究斜坡倾角变化对步态的影响，结果表明，坡度增大会导致倍周期步态到混沌步态的产生；然后以人类步行的生物力学为仿生依据，根据延迟反馈控制的基本思路

2、，设计了自适应常值驱动与传感反馈相结合的仿生行走控制策略，并依据当前步和前两步初始状态对控制器参数进行逐步调节，最终将混沌步态控制收敛到周期步态．仿真结果表明了所提出算法的有效性．关键词：被动行走机器人；混沌步态；常值力矩；仿生学；极限环中图分类号：TP242文献标志码：ABionicwalkingcontrolbasedonadaptiveconstanttorqueandsensoryfeedbackforthebipedrobotLIULimei1，2TIANYan．taoi．f1．SchoolofCommunicationEngineering，JilinU

3、niversity，Changchun130025，China；2．SchoolofAppliedMathematics，JilinUniversityofFinanceandEconomics，Changchun130117，China．Correspondent：TIANYan‘tao，E·mail：tianyt@jlu．edu．cn)Abstract：Tomakethechaoticgaitsconvergetoastablecyclegait，acontrolalgorithmisproposedforthebipedrobotwithknees．First

4、ly,thepassivegaitschangeswiththechangingoftheslopearestudiedbyusingthePoincar~sectionmethod．Itshowsthattheincreasingofthegroundslopewillresultintheappearanceofperiod—doublingandchaoticgaits．Then，basedonthebiomechanicsinhumanwalkinganddelayedfeedbackcontroltheory,bionicwalkingcontrolbas

5、edonadaptiveconstanttorqueandsensoryfeedbackforthebipedrobotisdesigned．Thecontrollerparametersareregulatedgraduallyintermsoftheinitialstatesofthecurrentstepandthefirsttwosteps．Finally,thechaoticgaitsconvergetothecyclegaitswiththiscontroller．Simulationresultsshowtheefectivenessofthepres

6、entedcontrolalgorithm．Keywords：passivedynamicbipedrobot；chaoticgait；constanttorque；bionics；limitcycleO引言Goswami等[5】和Garcia等[6】发现，随着坡度的不断增双足机器人是一个复杂的机械系统，动力学特性大，被动行走会出现倍周期步态．柳宁等[7】和刘振泽比较复杂，这给机器人行走的步态分析与控制策略的等[】对无膝关节的被动行走模型进行了研究，发现结开发设计带来了很大的困难．例如传统的控制方法多构参数的变化会导致倍周期步态和混沌步态的产生．采用轨迹跟踪手段⋯，

7、需要预先规划轨迹，能耗较高混沌步态使机器人行走具有非周期性，难以预测，很且实时性不好，在工程实践中难以实现．被动动力学容易摔倒．因此如何抑制混沌步态，使混沌步态收敛理论的出现使得高效稳定行走的实现成为了可能．到稳定的周期步态是一个研究热点．目前国内外对被动动力学理论是由McGeer[2】提出的，是指机该问题的研究还比较少．Li等【9]提出了反向同步控器人不需要任何主动控制，仅依靠重力便能在斜坡制和脉冲控制，使compass．1ike无动力行走机器人的混沌步态收敛为对称的周期步态．Iribe等[10-11】发现，上稳定行走．这种行走模式称为“被动行走”．但是被动行