可變零力矩點(diǎn)在雙足機(jī)器人行走控制中的作用

【摘要】雙足機(jī)器人基于零力矩點(diǎn)（ZMP）的行走方式得到了廣泛的研究，以前的方法主要是讓機(jī)器人在離線規(guī)劃好的ZMP軌跡下行走，這種方式很明顯缺乏自適應(yīng)性。本文分析在線添加可變ZMP的作用，可變ZMP可以用來消除外力干擾、適應(yīng)不平整地面和姿態(tài)控制，這樣才與人在復(fù)雜環(huán)境下步行時實(shí)時調(diào)整步態(tài)相類似。

【關(guān)鍵詞】雙足機(jī)器人；可變零力矩點(diǎn)；自適應(yīng)性；行走控制

1.可變ZMP的定義

雙足機(jī)器人在行走過程中將由環(huán)境擾動、模型失配等因素引起步態(tài)跟蹤誤差，作者在文獻(xiàn)[1]中研究過調(diào)節(jié)預(yù)測控制器參數(shù)的方法來消除一些隨機(jī)擾動，但也很難通過調(diào)節(jié)參數(shù)的方法消除這種跟蹤誤差。要降低或消除它，就應(yīng)該考慮ZMP的實(shí)時變化，不能只用離線規(guī)劃好的ZMP作為步行控制器的輸入，只有加入了實(shí)時變化的可變ZMP，才能使步行模式具有自適應(yīng)性，所以將期望ZMP表示為考慮了環(huán)境變化的表達(dá)式：

（1）

左邊為期望ZMP。右邊第一項(xiàng)為參考ZMP，是由步行速度、步幅和步行周期等參數(shù)離線規(guī)劃好的，一般在行走過程中不發(fā)生變化，通過參考ZMP來控制機(jī)器人的全局穩(wěn)定性。第二項(xiàng)為具有實(shí)時性的可變ZMP，也就是本文所討論的可變ZMP，它是根據(jù)環(huán)境的變化實(shí)時加入的，控制機(jī)器人的局部穩(wěn)定性。第三項(xiàng)表示隨機(jī)擾動，通過作者在文獻(xiàn)[1]中的研究，能夠通過選擇步行控制器的參數(shù)消除它。可變ZMP可以用來消除外力干擾、適應(yīng)不平整地面和姿態(tài)控制[2]。很明顯，只有考慮了可變ZMP，機(jī)器人的步行模式才具有自適應(yīng)性，才與人在復(fù)雜環(huán)境下步行時實(shí)時調(diào)整步態(tài)相類似。……