基于全身协调的仿人机器人步行稳定控制.pdf

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1、ComputerEngineeringandApplications计算机工程与应用2011，47(25)231基于全身协调的仿人机器人步行稳定控制胡金东，刘国栋HUJindong，LIUGuodong江南大学通信与控制工程学院，江苏无锡214122SchoolofCommunicationandControlEngineering，JiangnanUniversity，Wuxi。Jiangsu214122，ChinaHUJlndong．LIUGuodong．Stablewalkingcontrolinwholebodycoordinati

2、onframeworkforbipedhumanoidrobot．EnglneeringandApplications．2011，47(25)：231-234．Abstract：11liSPaperintroducesaframeworkforwhole-bodymotiongenerationinthemotionembeddedCoM(CenterofMass)Jacobianframework．11hewalkingpanemisgeneratedusingthesimplifiedmodelforbipedalrobot；thisp

3、aperanalyzesthekinematicresolutionofCoMJacobian；CoM／zMPcontroller，dampingcontroller，andsoftlandingcontrollerarcappliedtoreal．timecontrolbipedwalking：theeffectivenessoftheproposedkinematicresolutionmethodandwalkingcontrollerisshownthroughexperimentsofhumanoidrobotAFU09biped

4、walking．Keywords：humanoidrobot；wholebodycoordination；CoMJacobian；stablecontrol摘要：提出利用机器人质心(CoM)雅克比矩阵，实现全身协调补偿的算法。提出机器人的简化模型；分析基于CoM雅克比矩阵的补偿算法；采用coM／zMP(零点矩点)、减振和软着陆控制器实时控制双足步行，实现机器人全身协调的稳定控制；通过仿人机器AFU09的双足步行实验证明谊控制方法的有效性．关键词：仿人机器人；全身协调；质心雅可比；稳定控制DOI：10．37788．issn．1002．8331

5、．2011．25．061文章编号：1002-8331(2011)25．0231-04文献标识码：A中图分类号：TP242．6l引言实现机器人的双足步行，首先规划出步行模式“。1，在理想状态下，只要给出机器人步行模式即可实现双足步行，为此必须要建立精确的机器人模型，在实际情况下．—个仿人机器人很容易由于地面哪怕几毫米的不平整，或者一个外界的微作用力而倒下。为了消除这些影响，需要利用姿态传感器、力传感器和其他装置来修正步行模式，这就需要加入步行稳定控制器。为了实现稳定步行。很多人做过研究，例如。步行控制n，、跑步控制一，、全身协调”“、自适应步

6、态控制”-等，特别是全身协调算法成为在人形机器人发展的重要组成部分。因为在机器人运动中，它体现了增强的稳定性和灵活性。基于这种思想，本文中提出采用补偿CoM运动实现全身协渊算法。此外，表现良好的步行控制器的设计在仿人机器人发展．中也发挥着至关重要。行走控制中，ZMP控制是在判断双足机器人稳定行走的最重要因素。为了降低仿人机器人运动时跌倒的可能性，ZMP应该保证在支撑多边形的内部并离其边沿有一点的距离(稳定余量)。要实现稳定行走．首先通过简单模型fSl和快速傅里叶变换”’规划所需的ZMP轨迹。为了补偿期望和实际ZMP之间的误差，提出了各种ZM

7、P的控制方法是：例如．直接／间接ZMP的控制方法”l和阻抗控制”“。尽管有很多双足步行的控制方法。但是对双足行走控制稳定性的研究仍然缺乏。本文提出新的步行的稳定控制方法，利用机器人的CoM补偿间接控制ZMP。2双足机器人简单模世为了抽象出双足运动的“本质”，对由几千个机械零部件和电子元器件构成的具有几十个自由度的仿人机器人进行近似化时，作两个假设：第一，假定机器人的所有质量集中于质量为肘的滚动球；第二，假定小车行走的桌子质量可以忽略不计，在这监假定条件下，机器入可以简化为—个桌子滚动球模型。考虑图l所示的新模型。一辆质量为M的滚动球在一个质

8、量忽略不计的桌子水平面上滚动。虽然桌子的支撑脚相对于小车的行走范围而言很小，当球走向边沿时，整个系统会倒，但是当球以某个适当的加速度运动时桌子可以维持瞬时平衡而不倒。这个模型称为