基于虚拟模型和加速度规划的腿部缓冲策略 - 山东大学学报(工学版).pdfVIP

　第４６卷　第６期 山　东　大　学　学　报　（工　学　版） ２０１６年１２月　 　 　　 Ｖｏｌ．４６　 Ｎｏ．６　　 　ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＨＡＮＤＯＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＳＣＩＥＮＣＥ） Ｄｅｃ．２０１６　 　文章编号：１６７２３９６１（２０１６）０６００６９０７　　　ＤＯＩ：１０６０４０／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２３９６１０２０１６３６９ 基于虚拟模型和加速度规划的腿部缓冲策略  刘斌，宋锐 ，柴汇 （山东大学控制科学与工程学院，山东 济南２５００６１） 摘要：提出一种基于虚拟模型控制和加速度规划的腿部缓冲方法。通过建立机器人腿部的虚拟模型，设定落地过 程中躯干加速度从而可减小地面对机器人的冲击力，保护机器人的机械结构。该方法将机器人的落地过程分为 下落、缓冲、恢复３个阶段。在下落阶段，通过在足端与期望位置之间添加虚拟“弹簧—阻尼”系统来控制足端位 置。在缓冲阶段和恢复阶段，通过规划躯干质心加速度，从而减小落地过程中躯干受到的冲击。该方法可避免在 激烈的足地交互过程中调节系统的刚度和阻尼，控制过程更简单精确。基于Ｗｅｂｏｔｓ的仿真试验表明，该方法在机 器人落地过程中的保护是有效的。 关键词：腿足式机器人；虚拟模型控制；加速度规划；缓冲策略；力控制 中图分类号：ＴＰ２４２６　　　文献标志码：Ａ Ｂｕｆｆｅｒｉｎｇｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒａｒｔｉｃｕｌａｔｅｄｌｅｇｇｅｄｒｏｂｏｔｂａｓｅｄｏｎ ｖｉｒｔｕａｌｍｏｄｅｌｃｏｎｔｒｏｌａｎｄａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇ  ＬＩＵＢｉｎ，ＳＯＮＧＲｕｉ，ＣＨＡＩＨｕｉ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｎｔｒｏｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ２５００６１，Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｖｉｒｔｕａｌｍｏｄｅｌｃｏｎｔｒｏｌａｎｄａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇ，ａｂｕｆｆｅｒｉｎｇｓｔｒａｔｅｇｙｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｐｒｏｔｅｃｔｔｈｅａｒ ｔｉｃｕｌａｔｅｄｌｅｇｇｅｄｒｏｂｏｔｆｏｒｌａｎｄｉｎｇ．Ｔｈｒｏｕｇｈｖｉｒｔｕａｌｌｙｍｏｄｅｌｉｎｇｔｈｅｒｏｂｏｔｉｃｌｅｇ，ｔｈｅｔｏｒｓｏａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｌａｎｄｉｎｇｗａｓ ｓｐｅｃｉｆｉｅｄｓｏａｓｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｉｍｐａｃｔｆｏｒｃｅａｃｔｉｎｇｏｎｔｈｅｔｏｒｓｏ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｉｓｂｕｆｆｅｒｉｎｇｓｔｒａｔｅｇｙ，ｔｈｅｗｈｏｌｅｌａｎｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｃｏｕｌｄｂｅｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｔｈｒｅｅｐｈａｓｅｓ，ｔｈｅｆａｌｌｉｎｇ，ｂｕｆｆｅｒｉｎｇａｎｄｒｅｃｏｖｅｒｉｎｇｐｈａｓｅｓ．Ｉｎｔｈｅｆａｌｌｉｎｇｐｈａｓｅ，ｔｈｅｒｏｂｏｔｉｃ ｆｏｏｔｗａｓｃｏｒｒｅｃｔｌｙｐｏｓｉｔｉｏｎｅｄｂｙａｖｉｒｔｕａｌ“ｓｐｒｉｎｇｄａｍｐｉｎｇ”ｓｙｓｔｅｍｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅ ａｃｔｕａｌｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｉｎｔｈｅｂｕｆｆｅｒｉｎｇａｎｄｒｅｃｏｖｅｒｉｎｇｐｈａｓｅｓ，ｔｈｅａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｏｆｃｅｎｔｅｒｏｆｍａｓｓｏｆｔｈｅｒｏｂｏｔｉｃｔｏｒｓｏｗａｓ ｐｌａｎｎｅｄｓｏｔｈａｔｔｈｅｉｍｐａｃｔａｃｔｉｎｇｏｎｔｈｅｔｏｒｓｏｗａｓｒｅｄｕｃｅｄ．Ａｄｊｕｓｔｉｎｇｓｔｉｆｆｎｅｓｓａｎｄｄａｍｐｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｅｒｅａｖｏｉｄｅｄａｔ ｔｈｅｍｏｍｅｎｔｏｆ