雙足機(jī)器人穩(wěn)定行下次的仿人預(yù)測控制方法研究.pdf

1、雙足穩(wěn)定行走是雙足機(jī)器人研究領(lǐng)域的首要目標(biāo)。目前,ZMP(零力矩點(diǎn))行走方法已得到廣泛應(yīng)用并取得了顯著成就,但也存在不足。本文對雙足機(jī)器人的控制理論進(jìn)行改進(jìn)、提高和完善,為雙足機(jī)器人穩(wěn)定行走的控制軟件開發(fā)提供更好的理論基礎(chǔ)。力求使雙足行走方式的穩(wěn)定性更強(qiáng)。
　　 在完善和發(fā)展雙足機(jī)器人穩(wěn)定行走的相關(guān)控制理論和技術(shù)方面,本文主要解決四個問題,第一個問題是雙足機(jī)器人的奇異姿態(tài);第二個問題是預(yù)測控制器的參數(shù)調(diào)控標(biāo)準(zhǔn);第三個問題是預(yù)測控

2、制的性能;第四個問題是.ZMP行走方法缺乏自適應(yīng)性。針對這四個問題,開展了四個方面的研究:逆運(yùn)動學(xué)算法改進(jìn)研究,預(yù)測控制器參數(shù)取值研究,結(jié)合仿人智能控制和預(yù)測控制的仿人預(yù)測控制策略研究,以及ZMP和動力學(xué)模型與仿真研究。
　　 文本的主要創(chuàng)新點(diǎn)有:
　　 1、改進(jìn)逆運(yùn)動學(xué)算法；
　　 針對雙足機(jī)器人逆運(yùn)動學(xué)的數(shù)值解法中存在的雅可比矩陣奇異性和調(diào)節(jié)參數(shù)固定問題,提出一種改進(jìn)的逆運(yùn)動學(xué)算法,從而使機(jī)器人在行走過程中避

3、開雅可比矩陣奇異性導(dǎo)致的奇異姿態(tài),提高了腳步的運(yùn)動精度。其方法是通過微分運(yùn)動方程的近似解避開雅可比矩陣求逆,利用能夠減小跟蹤誤差的自適應(yīng)模糊控制法,調(diào)節(jié)自適應(yīng)參數(shù)以使近似解任意逼近精確解,從而得到精確性極高和強(qiáng)魯棒性的模糊自適應(yīng)可調(diào)增益算法。通過實(shí)驗(yàn)分析和驗(yàn)證了改進(jìn)的逆運(yùn)動學(xué)算法的有效性,而且整套算法耗時少,可以用于雙足機(jī)器人的實(shí)時控制。
　　 2、建立預(yù)測控制器參數(shù)調(diào)控方案；
　　 通過對預(yù)測控制器模型和極點(diǎn)的深入分析

4、,解決了預(yù)測控制生成步行模式時參數(shù)間關(guān)系和參數(shù)取值范圍問題,為預(yù)測控制器的參數(shù)調(diào)控提供了一種方案。預(yù)測控制通過控制質(zhì)心運(yùn)動生成步行模式以實(shí)現(xiàn)ZMP目標(biāo)軌跡跟蹤。根據(jù)預(yù)測控制器模型研究參數(shù)問的關(guān)系,最終將獨(dú)立參數(shù)減少到一個,并通過極點(diǎn)分析討論其取值范圍。提出的關(guān)鍵參數(shù)具有明確的物理意義,在容許取值范圍內(nèi),可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性,并生成滿足穩(wěn)定步行的質(zhì)心運(yùn)動。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了在存在擾動情況下,如關(guān)鍵參數(shù)取適當(dāng)值,能夠生成穩(wěn)定的步行模式。
　　

5、 3、提出仿人預(yù)測控制步行模式生成方法；
　　 結(jié)合仿人智能控制與預(yù)測控制,提出一種新的仿人預(yù)測控制在線步行模式生成方法,克服了預(yù)測控制在環(huán)境擾動引起的模型失配時的性能下降缺點(diǎn),增強(qiáng)了雙足行走的自適應(yīng)性?？紤]到事先規(guī)劃好的期望ZMP缺乏自適應(yīng)性,可以把期望ZMP分解成離線規(guī)劃好的參考ZMP和實(shí)時變化的可變ZMP之和。添加實(shí)時可變ZMP具有消除外力干擾、適應(yīng)不平整地面和姿態(tài)控制等功效。通過預(yù)測控制系統(tǒng)和可變ZMP逆系統(tǒng)的共同作用