双足跳跃机器人的适应性 CPG 运动控制.pdf

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1、双足跳跃机器人的适应性CPG运动控制王婷婷，查富生，郭伟，李满天，孙立宁(哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室，黑龙江哈尔滨150001)AdaptiveMotionControlofaBipedJumpingRobotBasedonCPGWANGTingting，ZHAFusheng，GUOWei，LIMantian，SUNLining(StateKeyLaboratoryofRoboticsandSystem，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China)摘要：为解决双足跳跃机器人在突发状况下的uations

2、：normalhoppingandhoppingwhenonerobot适应性控制问题，依据生物中枢模式发生器(CPG)limbsuddenlyfails．运动控制原理，建立了可变结构的CPG运动控制机Keywords：bipedrobot；adaptivemotioncon—制；模拟生物神经网络的自重构特性，在运动控制trol；CPG；controlofjumpingmotion机制中添加了时间延迟响应环节，用于突发状况的判断与调节。在机器人肢体突发故障或运动受到0引言限制时，此机制可通过对自身状态的感知自发地调整神经网络结构，以继续维持稳定的运动。最后，生物学实验

3、表明，生物体跑、跳等节律运动是在仿真平台上验证了此控制机制在正常行走与肢由位于脊髓中的CPG产生的r1]。CPG是一种由多体自由度突然受到限制2种情况下的控制效果。个神经元构成的神经网络，可生成一系列节律性输关键词：双足机器人；适应性控制；CPG；跳跃运出用于生物行走运动的控制_2]。而当神经网络或生动控制物肢体受到损伤时，CPG可通过网络参数与神经元中图分类号：TP242．6连接的调整，生成新的运动模式以维持躯体的文献标识码：A运动。文章编号：1001—2257(2014)07—0056—04针对机器人在环境中的适应性问题，研究者们Abstract：Forsolvi

4、ngtheadaptcontrolproblem做出了不同的研究]。双足机器人在运动过程ofbipedhoppingrobotinunexpectedsituations，we中，可能由于故障和损伤等情况，使其中一足的运buildaCPGcontrolmechanismwhichisabletochange动受到限制，无法继续跳跃。针对这种情况，在建itscontrolstructureaccordingtorobotmotionstatus立可变结构CPG运动控制机制的基础上，通过时间simulatingtheCPGcontrolmechanisminanimals

5、．Imi—延迟响应环节的添加使控制系统能够响应机器人tatingtheself——reconfigurablefeatureofanimalcontrol自身状态的改变，从而在突发状况下及时地改变系mechanism，atime—delayedresponselinkisaddedto统的运动模式输出，以维持机器人的运动。thiscontrolmechanism，forjudgingandadjustingthe1双足机器人模型及其运动方式robotmotionunderunexpectedsituations．Whenthelimbsofrobotsuddenlyf

6、ailsorthemotionofrobot双足跳跃机器人结构模型如图1所示。机器人limbisrestricted．thiscontro1mechanismcansponta—由2个相同的肢体腿A与腿B构成，每个肢体具有1个与躯体相连的转动关节，及腿部上的1个直线neouslyadjustthestructureofneuralnetworkaccord—ingtoperceptionoftherobotmotionstatus，andmain—弹簧关节。转动关节由其上的力矩驱动器控制，而直线弹簧关节可由其上的直线驱动器压缩。tainstablehoppingmot

7、ion．Finally，thiscontrolmecha—双足跳跃机器人通过两腿交替着地完成跳跃nismisstudiedonasimulationplatformundertwosit一运动。当机器人正常运动时，每一肢体均接收其对收稿日期：2O14—01—15基金项目：国家自然科学基金资助项目(61175107，60901074)；机器侧肢体的实时状态以生成跳跃运动，即腿A着地与人技术与系统国家重点实验室自主课题(SKLRS200801B，SKLRS201204B)将要着地时，腿B随之收缩以避免与地面碰撞，而·56·《机械与电子}2014(7)双足