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欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制方法

文檔序號(hào):6319975閱讀:243來源:國(guó)知局
專利名稱:欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及機(jī)器人控制技術(shù)領(lǐng)域,具體講是一種欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制方法。
背景技術(shù)
時(shí)不變步態(tài)是欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的主要方法,目前的欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人 的運(yùn)動(dòng)控制方法主要是依據(jù)時(shí)不變步態(tài)理論形成的具體的技術(shù)方案,時(shí)不變步態(tài)是指機(jī)器 人步態(tài)和狀態(tài)相關(guān),而與時(shí)間無關(guān)。所述欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制方法一般是以一個(gè) 與被動(dòng)自由度相關(guān)的姿態(tài)變量作為同步變量,通過對(duì)主動(dòng)關(guān)節(jié)進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)主動(dòng)關(guān)節(jié)與 被動(dòng)關(guān)節(jié)同步,達(dá)到姿態(tài)可控的目的,主動(dòng)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)軌跡稱為虛擬約束。所述欠驅(qū)動(dòng)兩足 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制方法的核心問題在于如何更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)單腳支撐期的控制,使欠驅(qū)動(dòng)兩 足機(jī)器人在一步周期內(nèi)快速鎮(zhèn)定,而目前的欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制方法是通過單個(gè) 控制器輸出控制量,導(dǎo)致欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人在一步周期內(nèi)的鎮(zhèn)定速度不夠快,換句話說,目 前的欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制方法的實(shí)時(shí)性不高、工程實(shí)用性不強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是,克服以上現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn),提供一種實(shí)時(shí)性高、工程 實(shí)用性強(qiáng)的欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制方法。 本發(fā)明的技術(shù)方案是,提供一種欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制方法,由以下步驟 實(shí)現(xiàn) (1)建立欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制數(shù)學(xué)模型;
(2)選定欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的同步變量,并記為9 (q); (3)欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人根據(jù)其自身傳感器按采樣周期采樣的實(shí)際輸出、步驟(1) 建立的欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制數(shù)學(xué)模型、步驟(2)中的同步變量來計(jì)算得到欠驅(qū)動(dòng) 兩足機(jī)器人的虛擬約束輸出,并記虛擬約束輸出為hd(e (q)),實(shí)際輸出h。(q);
(4)在每個(gè)采樣周期都將實(shí)際輸出與步驟(3)中得到的虛擬約束輸出進(jìn)行比較,
得到誤差,記該誤差為y,則y由表達(dá)式y(tǒng) = h。(q)-hd(e (q))確定,同時(shí)進(jìn)行反饋校正,修 正步驟(2)中的同步變量,使y趨向于零; (5)將步驟(4)中得到的y經(jīng)多模型控制器計(jì)算,得到多個(gè)控制量; (6)根據(jù)欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的工況,選定步驟(5)中得到的多個(gè)控制量中的一個(gè),
記被選定的控制量為Vi ; (7)將步驟(6)中得到的控制量Vi,代入以下反饋線性化表達(dá)式,
= (V,))"1 (v, — 4/2(;c)) 經(jīng)運(yùn)算后輸出實(shí)際控制量,記該實(shí)際控制量為u,所述欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人根據(jù)u去 控制其伺服驅(qū)動(dòng)器; (8)重復(fù)步驟(2) (7),得到每個(gè)采樣周期的實(shí)際控制量,同時(shí)根據(jù)實(shí)際控制量實(shí)時(shí)控制所述欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。 采用上述方法后,本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)及有益效果因?yàn)楸?發(fā)明欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制方法在欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的步行模式中,計(jì)入了多模型 控制器的影響,換句話說,本發(fā)明欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制方法通過多模型控制器輸 出多個(gè)控制量,然后依據(jù)欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的工況,選定最優(yōu)的控制量,再以最優(yōu)的控制量 得到實(shí)際控制量,所述欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人根據(jù)實(shí)際控制量去控制其伺服驅(qū)動(dòng)器,這樣,本發(fā) 明欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制方法使得欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人在一步周期內(nèi)的鎮(zhèn)定速度足 夠快,所以本發(fā)明欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制方法具有實(shí)時(shí)性高、工程實(shí)用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。


附圖是本發(fā)明欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制方法的控制流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 本例中,如附圖所示,多模型控制器包括三個(gè),分別記為Q、 C2、 C3,所述控制器Q、 C2、 C3為現(xiàn)有技術(shù),比如PD控制器;y經(jīng)多模型控制器計(jì)算,得到三個(gè)控制量,分別記為Vl、 v2、 v3 ;u為實(shí)際控制量。本發(fā)明欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制方法的控制過程如下
(1)建立欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制數(shù)學(xué)模型
i = /0) + g(X)W ,該式中,f(x)、g(x)為非線性函數(shù);
(2)選定欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的同步變量,并記為9 (q); (3)欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人根據(jù)其自身傳感器按采樣周期采樣的實(shí)際輸出、步驟(1) 建立的欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制數(shù)學(xué)模型、步驟(2)中的同步變量來計(jì)算得到欠驅(qū)動(dòng) 兩足機(jī)器人的虛擬約束輸出,并記虛擬約束輸出為hd(e (q)),實(shí)際輸出h。(q),計(jì)算過程 為,令約束條件作為系統(tǒng)輸出,得到以下表達(dá)式,h。(q)-hd(e (q)) =h(x);
(4)在每個(gè)采樣周期都將實(shí)際輸出與步驟(3)中得到的虛擬約束輸出進(jìn)行比較,
得到誤差,記該誤差為y,則y由表達(dá)式y(tǒng) = h。(q)-hd(e (q))確定,同時(shí)進(jìn)行反饋校正,修 正步驟(2)中的同步變量,使y趨向于零; (5)將步驟(4)中得到的y經(jīng)多模型控制器計(jì)算,得到多個(gè)控制量;
(6)本例中,欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的工況是指擺動(dòng)腳的上升階段、行走階段、觸地階 段,即欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的一步周期被劃分為三個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài),與多模型控制器的數(shù)量保持 一致,根據(jù)欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的工況,選定步驟(5)中得到的多個(gè)控制量中的一個(gè),記被選 定的控制量為Vi。比如欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的擺動(dòng)腳處于上升階段,則選定的控制器為Q, 選定的控制量為Vl ;欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的擺動(dòng)腳處于行走階段,則選定的控制器為G,選定 的控制量為v2 ;欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的擺動(dòng)腳處于觸地階段,則選定的控制器為(;,選定的控 制量為v3。可以通過同步變量來判斷處于何種工況,附圖中用虛線表示。
(7)將步驟(6)中得到的控制量Vi,代入以下反饋線性化表達(dá)式, = (ZgZ,0))"1 (V, - Z》/Z(JC)) 其中,Lgh(x)表示h(x)對(duì)g的李導(dǎo)數(shù),L/h(x)表示h(x)對(duì)f的二階李導(dǎo)數(shù),LgLfh(x)為系統(tǒng)的解耦矩陳,且可逆。所述反饋線性化表達(dá)式被存儲(chǔ)在反饋線性化控制器 中。 經(jīng)運(yùn)算后輸出實(shí)際控制量,記該實(shí)際控制量為u,所述欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人根據(jù)u去 控制其伺服驅(qū)動(dòng)器。比如,欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的擺動(dòng)腳處于上升階段,則選定的控制器為
Q,選定的控制量為Vl ;則經(jīng)運(yùn)算后輸出實(shí)際控制量"o;^(丄gi:,/ o:)"(力-4/K;c))。 (8)重復(fù)步驟(2) (7),得到每個(gè)采樣周期的實(shí)際控制量,同時(shí)根據(jù)實(shí)際控制量 實(shí)時(shí)控制所述欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。 以上僅就本發(fā)明較佳的實(shí)施例作了說明,但不能理解為是對(duì)權(quán)利要求的限制。本 發(fā)明的結(jié)構(gòu)可以有其他變化,不局限于上述結(jié)構(gòu),比如所述多模型控制器可以為五個(gè),這 樣能夠更加精確的控制欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。總之,凡在本發(fā)明產(chǎn)品獨(dú)立權(quán)利要求的 保護(hù)范圍內(nèi)所作的各種變化均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制方法,其特征在于,由以下步驟實(shí)現(xiàn)(1)建立欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制數(shù)學(xué)模型;(2)選定欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的同步變量,并記為θ(q);(3)欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人根據(jù)其自身傳感器按采樣周期采樣的實(shí)際輸出、步驟(1)建立的欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制數(shù)學(xué)模型、步驟(2)中的同步變量來計(jì)算得到欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的虛擬約束輸出,并記虛擬約束輸出為hd(θ(q)),實(shí)際輸出h0(q);(4)在每個(gè)采樣周期都將實(shí)際輸出與步驟(3)中得到的虛擬約束輸出進(jìn)行比較,得到誤差,記該誤差為y,則y由表達(dá)式y(tǒng)=h0(q)-hd(θ(q))確定,同時(shí)進(jìn)行反饋校正,修正步驟(2)中的同步變量,使y趨向于零;(5)將步驟(4)中得到的y經(jīng)多模型控制器計(jì)算,得到多個(gè)控制量;(6)根據(jù)欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的工況,選定步驟(5)中得到的多個(gè)控制量中的一個(gè),記被選定的控制量為vi;(7)將步驟(6)中得到的控制量vi,代入以下反饋線性化表達(dá)式, <mrow><mi>u</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msup> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>L</mi> <mi>g</mi></msub><msub> <mi>L</mi> <mi>f</mi></msub><mi>h</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>)</mo> </mrow> <mrow><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msup><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>v</mi><mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msubsup><mi>L</mi><mi>f</mi><mn>2</mn> </msubsup> <mi>h</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>)</mo></mrow> </mrow>經(jīng)運(yùn)算后輸出實(shí)際控制量,記該實(shí)際控制量為u,所述欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人根據(jù)u去控制其伺服驅(qū)動(dòng)器;(8)重復(fù)步驟(2)~(7),得到每個(gè)采樣周期的實(shí)際控制量,同時(shí)根據(jù)實(shí)際控制量實(shí)時(shí)控制所述欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制方法,其特征在于,所述多模 型控制器包括三個(gè),分別記為Q、 C2、 C3。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制方法,其特征在于,所述y經(jīng)多 模型控制器計(jì)算,得到三個(gè)控制量,分別記為Vl、 v2、 v3。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實(shí)時(shí)性高、工程實(shí)用性強(qiáng)的欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制方法,由以下步驟實(shí)現(xiàn)(1)建立欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制數(shù)學(xué)模型;(2)選定欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的同步變量,并記為θ(q);(3)計(jì)算得到欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的虛擬約束輸出,并記虛擬約束輸出為hd(θ(q)),實(shí)際輸出h0(q);(4)得到誤差,記該誤差為y,則y由表達(dá)式y(tǒng)=h0(q)-hd(θ(q))確定,同時(shí)進(jìn)行反饋校正,修正步驟(2)中的同步變量,使y趨向于零;(5)y經(jīng)多模型控制器計(jì)算;(6)根據(jù)欠驅(qū)動(dòng)兩足機(jī)器人的工況,選定步驟(5)中得到的多個(gè)控制量中的一個(gè),記為vi;(7)將步驟(6)中得到的控制量vi,代入以下表達(dá)式,經(jīng)運(yùn)算后輸出實(shí)際控制量;(8)重復(fù)步驟(2)~(7)。
文檔編號(hào)G05D1/00GK101697080SQ20091015333
公開日2010年4月21日 申請(qǐng)日期2009年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月13日
發(fā)明者張智煥 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院;
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