基于反馈控制的仿人机器人步态规划

为了解决仿人机器人离线步态规划中机器人难以跟踪期望步态的问题,建立了仿人机器人的简化三连杆模型,并运用拉格朗日力学对模型进行了动力学分析,包括机器人单腿支撑期知双腿支撑期以及整体步行模型,在此基础上,提出将混杂系统的输出作为机器人的规划步态函数,设计了反馈控制器来实时调整机器人的实际步态。仿真结果表明,所设计的反馈控制器能够很好地调整机器人步态。

基于反馈控制的仿人机器人步态规划李正文，国良，维平张张 (二炮兵工程学院，西西安 70 2 )第陕 1 0 5 H m a o d Ro o i Pl n n s d o he Fe d a k Co t o u n i b tGa t a ni g Ba e n t e b c n r lLIZh n—we ZHANG eg n, Guo—la ing, ZHANG e W i—pi ng

( e S c n t l r n i e rn l g,’ n 7 0 2, i a Th e o d Ar i e y E g n e i g Co l e Xi a 1 0 5 Ch n ) l e

摘要：了解决仿人机器人离线步态规划中机为器人难以跟踪期望步态的问题，立了仿人机器人建的简化三连杆模型，运用拉格朗日力学对模型进 并

0引言 仿人机器人的研究始于 1 6 9 7年，过 4经 0多年

行了动力学分析，包括机器人单腿支撑期知双腿支撑期以及整体步行模型，此基础上，出将混杂系在提 统的输出作为机器人的规划步态函数，计了反馈设控制器来实时调整机器人的实际步态。仿真结果表明，所设计的反馈控制器能够很好地调整机器人步态。

的发展，国研究人员在仿人机器人步行控制技术备方面的研究取得了丰富的理论研究成果，时也设同计和制造出了一大批性能良好的仿人机器人[。】 ]研究这个问题的一般思路是建立机器人的运动学和

动力学模型，在分析模型的基础上，划出其步态，规并设计控制器来调整机器人步行的实际步态。

到目前为止，普遍的机器人步态规划方法是最离线步态规划，是让机器人跟踪事先规划好的参就考轨迹。参考轨迹可以通过振荡器产生[,者通 4或]

关键词：馈控制；人机器人；反仿步态规划；动力学

中图分类号： 2 TP 4文献标识码： A

过 P D控制器嘲、模控制器以及脉冲控制口。 I滑 3 离线步态规划只是在理论上定义了机器人的行走模

文章编号：0 1 2 5 ( 0 10—0 6—0 10— 27 21 )9 0 2 4Ab ta t: n r r o ol e h pr blm t a sr c I o de t s v t e o e ht

式，机器人在

实际行走时，然存在轨迹跟踪误差。必 由于仿人步行的开环结构本质不稳定的特性，很小的误差就会导致整个系统的不稳定。

r b ti i iu tt r c h e ie ati h u o o sd f c l o ta k t e d sr d g i n t e h - f ma oi ob t f— lne at l nn n n d r o of i g i p a i g, c e t t e ra e h t e—lnk uma oi r bo m o e a d s La- hr e— i h n d o t d l n u e—gr n e h nis o a a y i t ob t y m is, a ge m c a c t n l s s he r o d na c

为了解决离线步态规划存在的问题，文采用本离线步态规划加在线调整，计了反馈控制器调整设

机器人的实际步态，小了轨迹跟踪误差。减

i l d ng sn e e s p t d bl e s up or nc u i i gl lg up or, ou e l g s p ta he o r l s p toft e w a k m o l nd t ve a l up or h l de,on t i hs

1仿人机器人建模及动力学分析 将仿人机器人简化为只有躯于、关节和 2条髋腿，没有踝关节和膝关节。共有 5自由度， 2条个在腿和髋关节之间施加 2控制力矩。个1 单腿支撑期的动力学模型 .1

ba i ss,pr po e hy i y t m ut t a u ton o s brd s s e o pu s a f nc i o he r o a t p a i ft ob t g i l nn ng,de i n a f e a k c— s g e db c on

to lrt d s h cu lr b tg i i e lt e r l oa j tt e a t a o o at n r a i . e u mThe i u a i n r s ls s w t a t e d sgn d sm l to e u t ho h t h e i e

在机器人行走过程中，以将支撑腿看成是一可个轴，么机器人步行系统就只有 3个自由度。如那

fe b c o to lrc n a j s h atwe1 e d a k c n r l a d tt eg i e u l .K e r s f

e a k c ntol y wo d: e db c o r;hum a oi o t n d r bo;

图 1所示，义 0,zO为连杆和垂直轴之间的夹定 O,s角，的长度为，质量为 m,的质心在 r2处，腿 .,腿/髋关节和躯干重心之间的距离为 l髋关节和躯干的，质量分别为和m, 支撑腿末端的笛卡尔坐标为《械与电子} 0 1 9机 21 ()

g i l nn ng;d a c a tp a i yn mi s

收稿日期：0 1 4—2 2 1—0 7 2 6

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