单足机器人周期跳跃控制的虚拟约束方法

摘要：

研究单足机器人周期跳跃控制问题.弹簧支撑倒立摆模型可以比较准确地描述动物的跳跃行为,但无控制的自然跳跃抗干扰能力较差,一般采用轨迹跟踪控制方法实现单足机器人周期跳跃.当系统存在比较大的误差时,传统的时间轨迹跟踪控制方法存在明显的不足.引入虚拟约束技术,采用基于空间路径跟踪的控制方法可以克服时间轨迹跟踪的不足.采用点足机器人模型,并通过控制腿伸缩的方式为系统提供动力,将跳跃过程分为地面摆动和腾空飞行两个阶段,并通过起飞和着陆两个事件完成两个阶段之间的转换,整个系统模型属于欠驱动非光滑动力学系统.根据简化的动力学方程获得系统的虚拟约束解析表达式,并采用部分反馈线性化方法结合PD控制设计系统的控制律.分析了系统的混合零动力学方程,并证明了闭环系统的临界稳定性.仿真结果表明,提出的控制方法可以实现单足机器人的周期跳跃控制,并且对外部干扰具有较强的鲁棒性.

关键词：单足机器人、周期跳跃、虚拟约束、控制、稳定性

所属期刊栏目：41

分类号：TP242.6(自动化技术及设备)

资助基金：国家自然科学基金11672044

在线出版日期：2020-11-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：430-440