基于三质点模型的仿人机器人节能步行

• 作者: 丁加涛 何杰 张晓晖 肖晓晖
• 来源期刊: 中南大学学报（自然科学版）
• 学科: 工学
• 关键词: 三质点线性倒立摆模型(3MLIPM) 零力矩点(ZMP) 能量效率 双足步行 仿人机器人
• 年，卷（期）: 2020,（12）
• 所属期刊栏目: 机械工程?控制科学与工程
• 页码范围: 3396-3406
• 页数: 11页
• 分类号: TP242
• 语种: 中文
• DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2020.12.014

摘要

为了实现高能效的双足步行,提出基于三质点线性倒立摆模型(3MLIPM)的步态生成与优化策略.首先,定义表征单位能耗的步态周期(UEWC),利用三质点模型,对机器人进行运动学建模与步行能耗评估,建立机器人步行过程的能耗评价模型,分析各质量块的运动性质,提出基于质心(CoM)加速度优化的二次型步行能耗评价指标;其次,对3MLIPM进行动力学建模,将CoM运动分为稳定分量与不稳定分量,CoM最优轨迹求解转化为求解运动分量误差项,通过跟踪参考的零力矩点(ZMP)轨迹,利用无约束优化算法求解对应的能耗最低的CoM轨迹;最后,实现了步态的在线生成,并且为消除腿部质量摆动导致的躯干质心附加运动,通过二分搜索的修正算法,修正3MLIPM的步行参数输入(步长和步宽),进一步降低了双足步行的能量消耗.通过仿真和试验验证了算法的可行性和有效性.研究结果表明:提出的能耗评价指标能够表征三质点步行系统的真实能耗,并且能够用于指导最优CoM轨迹生成;利用双足稳定支撑域,可以优化参考ZMP轨迹以实现低能耗步行;通过修正三质点模型的名义步行参数输入,消除等效ZMP产生的附加运动,针对不同形式ZMP参考轨迹,修正后的三质点模型相比于传统单质点模型,可以有效降低步行能耗.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	肖晓晖		49	553	11.0	23.0
2	何杰		6	12	3.0	3.0
3	丁加涛		5	9	2.0	3.0
4	张晓晖		1	0	0.0	0.0