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1、EquipmentManufacturingTechnologyNo．4，2014四足機器人砂礫地面對角行走控制方法程品，羅欣。顧瀚戈(華中科技大學數(shù)字制造裝備與技術(shù)國家重點實驗室，湖北武漢430074)摘要：為解決四足機器人在砂礫地面上對角行走容易失穩(wěn)的問題，提高機器人對松軟和凹凸不平地面的適應性，在位置控制的基礎(chǔ)上提出了一種機身姿態(tài)角的調(diào)整策略，并在機器人對角行走的過程中采取了一種變阻抗參數(shù)的阻抗控制方法。最后在實際的砂礫地面進行了四足機器人對角行走實驗，實驗結(jié)果證明這種控制方法和調(diào)整策略對于四足機器人對角行走在砂礫地面上具有較好
2、的控制效果。關(guān)鍵詞：四足機器人；對角行走；阻抗控制；砂礫地面中圖分類號：TP242文獻標識碼：A文章編號：1672—545X(2014)04-0008-05四足動物的對角行走步態(tài)是指對角腿同相運動有效地將機器人的位置與末端作用力聯(lián)系在一起舊。的行進模式，即每次一組對角腿處于著地狀態(tài)，另外Ikeura則提出變阻抗參數(shù)控制方法，通過選擇最優(yōu)的一組對角腿處于擺動狀態(tài)，兩組交替運動，實現(xiàn)身體環(huán)境交互參數(shù)調(diào)整機器人的阻抗參數(shù)來滿足不同任的行進。相對于每次抬起一條單腿的行走步態(tài)來說，務(wù)的需求口】。Buchli提出一種增強學習的算法來實現(xiàn)對角行走步
3、態(tài)的行進速度更快，是四足動物實現(xiàn)快變阻抗控制嗍，阻抗控制目前也逐漸應用在雙足機器速行走的基本步態(tài)，也是四足機器人實現(xiàn)快速運動人翻、四足機器人、六足機器人嗍身上，具有較好的的期望形式。但是由于在對角步態(tài)行進時，機器人的控制效果。機體總是處于動態(tài)平衡狀態(tài)，因此，同一組處于擺動本文在機器人腿末端位置控制的基礎(chǔ)上，采用相的腿在著地時必須保證同時“踩實”，才能進行另變阻抗參數(shù)的阻抗控制方法，能夠有效調(diào)整四足一組對角腿的切換，否則將會引起機身姿態(tài)角發(fā)生大機器人機身姿態(tài)角，實現(xiàn)了四足機器人在砂礫路幅度變化，從而造成機器人失穩(wěn)。傳統(tǒng)的步態(tài)控制方面上穩(wěn)
4、定的對角行走，大大提高了機器人對砂礫法主要是位置控制，即控制腿的末端按照既定的軌跡路面的適應性。規(guī)劃運動，但是并不能保證腿的末端“踩實”，尤其是在地面剛度低，地形凹凸不平的砂礫地面上進行對角1四足機器人對角行走的位置控制行走時，情況更甚，因此要實現(xiàn)四足機器人在砂礫地面上的穩(wěn)定行進，必須考慮機器人與外界環(huán)境交互的1．1單腿的末端軌跡規(guī)劃與位置控制作用力，采用阻抗控制是解決這一問題的必由選擇。四足機器人在對角行走過程中，每條腿在著地阻抗控制是通過控制力和位置之間的動態(tài)關(guān)系相和擺動相之間來回進行切換。著地相是指單腿足來實現(xiàn)柔順功能，這樣的動
5、態(tài)關(guān)系類似于電路中的端開始著地到再次抬腿離地期間腿的連續(xù)相位變化阻抗概念，因此而得名。阻抗控制把力偏差信號加至過程，擺動相則是從抬腿時足端離地開始到邁腿后位置伺服環(huán)，以實現(xiàn)力和位置的混合控制，這樣很好落地期間腿的相位變化過程。解決了單純位置控制方法未考慮與外界環(huán)境作用力單腿的末端軌跡規(guī)劃主要是針對擺動相而進行的問題。設(shè)計的，處于擺動相的腿的運動可以看成是由水平方阻抗控制作為機器人柔順控制的一種基本方法，向(方向)和豎直方向(z方向)運動合成而來。為保在工業(yè)機器人領(lǐng)域已得到較為廣泛的研究與應用。證運動的連續(xù)性和足端運動起止時刻的速度、加
6、速度Hogan在1985年提出利用Norton等效網(wǎng)絡(luò)概念，把為O，方向和Z方向都需要滿足位移連續(xù)、速度連外部環(huán)境等效為導納，而將機器人等效為阻抗，這樣續(xù)和加速度連續(xù)等6個約束條件，方向和z方向的收稿日期：2014-01-03基金項目：國家自然科學基金面上項目(編號：61175907)；高等學校博士學科點專項科研基金(編號：20130142110081)；國家自然科學基金創(chuàng)新研究群體科學基金(編號：51121002)資助。作者簡介：程品(1987—)，男，湖北黃岡人，華中科技大學在讀碩士研究生，研究領(lǐng)域為機器人控制系統(tǒng)設(shè)計，機器人運動
7、控制方法。8《裝備制造技術(shù)}2014年第4期位移均為五次曲線時才可以滿足規(guī)劃需求。設(shè)定最大抬腿高度為凰，邁腿距離為，運動周期為。于是有：fx(t)=匈+alt+口2++I+5，．、【z(t)=b0+6+6+6+6+6、‘本文只針對基本行走步態(tài)的軌跡規(guī)劃，這樣圖2偏航角調(diào)整示意圖方向和z方向的約束條件分別為：偏航角的位置補償量通過PD控制器計算給f(0)=0，()=So出，即1x(O)=o，()=0(2)，{AD=Pl‘+DI‘．(6)【△日=k·ZkDI(o)=0，()=0fz(O)=0，z(，2)=Ho，z()=0其中，為偏航角；{
8、z(0)=o，(／2)=o，()=0(3)＆為角速率；I(o)=0，(，2)=o，()=0P1、D，為控制器比例和微分系數(shù)；將式(2)、(3)代人(1)，解得：rid)、A日為姿態(tài)補償量。(￡)：t一+t(0t)(4)四
