双足机器人预观控制的ZMP补偿步行模式研究.pdf

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1、ComputerEngineeringandApplications计算机工程与应用2011，47(11)211@工程与应用@双足机器人预观控制的ZMP补偿步行模式研究敬成林，李祖枢，薛方正JINGChenglin，LIZushu，XUEFangzhcng重庆大学智能自动化研究所，重庆400044InstituteofIntelligentAutomation，ChongqingUniversity，Chongqing400044，ChinaJINGChengLin．LIZushu。XUEFangzheng．Bipedwalkingpa

2、tterngenerationbasedonpreviewcontrolofZMPeompen-sation．ComputerEngineeringandAppficaflons．2011，47(11)：211-214．Abstract：Amethodofon-linewalkingpatterngenerationbasedOnpreviewcontroloftheZero-MomentPoint(ZMP)tom-pensationiSpresented．Apreviewcontroller啪beusedtocalculatethec

3、ompensationoftheCenterofMass(CoM)bythefutureerrorbetweenthepracticeZMPandthereferenceZMP．TheCoMtrajectoryisadjustedinadvancetochangethegait．UltimatelyZMPwackingglTorissmallenough．Astabilizationwalkingcontrol011ILrleventerrainissimulatedwithai2DOFbipedrobot．Thesimulationr

4、esultsw时匆theeffectivenessoftheproposedmethod．Keywords：bipedrobot；previewcontrol；Zero-MomentPoint(ZMP)compensation；walkingpattem摘要：针对双足机器人的稳定行走，提出了一种预观控制的零力距点(zMP)补偿步行模式在线生成方法。利用实际ZMP与目标ZMP之间的未来误差信息，基于预观控制计算机器人行走过程中质心的补偿量，事先调整质心轨迹来改变步态。最终使实际ZMP更好地跟踪目标值。12自由度的双足机器人动力学仿真验证了

5、所提出方法的有效性，而且机器人能在一定程度不平整地面上实现稳定行走．关键词：双足机器人；预观控制；零力距点补偿；步行模式DOi：10．37780．issn．1002．8331．2011．1i．060文章编号：1002．8331(2011)11-0211．04文献标识码：A中图分类号：TP241引言双足机器人稳定行走是机器人研究领域的首要目标。目前，ZMP行走方法已得到广泛的应用并取得了显著的成就“1，然而，基于ZMP的步行模式缺乏自适应性[2】。主要原因是存在模型误差、环境扰动等因素使双足机器人在行走过程中产生步态跟踪误差脚，其行走稳定

6、性降低导致行走失败。很多解决方法由于需要大量的计算只能离线生成步行模式M。1966年。Sheridan提出了预观控制t'J(previewcontr01)，是一种利用未来信息进行控制的方法。1969年，Hayase和Ichi．kawa用预观控制解决了—个伺服系统的LQ优化控制问题用。后来在1979年，Tomi孤ka等将这一方法运用到离散伺服系统，设计了—个性能良好的LQ预观控制器旧。直到1985年，Kata-yama等把预观控制方法拓展到MIMO伺服系统并得到了较完善的结果[91。2003年，日本学者Kajita等成功地把它运用到双足机

7、器JL领域'提出了基于丽嫩空制魄步彳铺疆洼成理谢“。这一理论是在线解决步态跟踪误差的有效方法。它通过伺服系统的反馈功能利用未来目标ZMP信息设计预观控制器进行Z蛐P跟踪控制，这也符合人行走要利用未来路况信息的原理。本文研究基于预观控制的ZMP：}卜偿步行模式在线生成方法。其实质是ZMP误差补偿通过质心轨迹的补偿修正来实现。由此构造了质心预观控制系统和ZMP补偿预观控制系统。并利用误差伺服系统求解预观控制的反馈增益和预观增益，使预观控制器包含了更多的ZMP跟踪误差信息。其次运用简化动力学模型基于质心预观控制系统计算质心轨迹。这样解决了计算

8、的复杂性，又不丢失基于ZMP生成步行模式的运动本质。而后利用实际ZMP与目标ZMP之间的未来误差信息作为控制输入，通过补偿预观控制系统计算出机器人行走过程中质心的补偿量，事先调整机器人的质心来改变步态。也就