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基于AHRS反馈的仿人机器人步行稳定控制
  • ISSN号:1000-0054
  • 期刊名称:清华大学学报(自然科学版)
  • 时间:0
  • 页码:-
  • 分类:TP242.6[自动化与计算机技术—控制科学与工程;自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
  • 作者机构:[1]清华大学机械工程系,北京100084, [2]精密超精密制造装备及控制北京市重点实验室,北京100084, [3]摩擦学国家重点实验室,北京100084
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(51175288,51105219)
  • 相关项目:基于生物感知和反射机理的仿人机器人步行运动控制与环境适应性研究
中文摘要:

以实现仿人机器人步行稳定控制为目的,为克服零力矩点(ZMP)反馈控制算法不能补偿较大冲击干扰以及反射响应方法打断当前步行任务的缺点,以低成本微机电系统(MEMS)传感器及方向余弦矩阵描述的补偿算法构成航姿参考系统。提出了由姿态转角和角速度的线性组合表达的步行稳定性判据,并实现了躯干姿态校正的比例—微分控制器。基于仿人机器人全方位步态规划方法,调整下一步步幅和步频为行为方式,实现了步行稳定控制。样机实验结果表明:在原地踏步和稳定前进等情况下,机器人受到冲击干扰以致倾斜角度达20°时,仍能够不打断全方位步行且有效避免倾覆。

英文摘要:

An attitude and heading reference system (AHRS) feedback system was established using micro-electro-mechanical system (MEMS) sensors with low cost and the compensation algorithm described by the direction cosine matrix to realize the stabilizing control of humanoids' walking, being aimed to overcome the defect of incapability to compensate the large disturbance when using the zero moment point (ZMP) feedback control algorithm and the shortcoming of the current walking task interruption when using the reflex response control method. The walking stability criterion expressed by the linear composition of posture angles and angular velocities was also proposed, with a proportion derivative controller for torso pose adjusting also implemented. Walking stabilization control was realized by the action style of tuning the next stride and walking frequency using the omni directional walking gait planning method. Experimental results with a physical robot show that the robot can effectively avoid omnidirectional walking task interruption and fall over even if disturbed by an impulse to reach the maximum inclination of 20° when marching on the spot and walking forward steadily.

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期刊信息
  • 《清华大学学报:自然科学版》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:教育部
  • 主办单位:清华大学
  • 主编:梁恩忠
  • 地址:北京市海淀区清华大学学研大厦B座908
  • 邮编:100084
  • 邮箱:xuebaost@tsinghua.edn.cn
  • 电话:010-62788108 62792976
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-0054
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2223/N
  • 邮发代号:2-90
  • 获奖情况:
  • 国家期刊奖,国家“双高”期刊,1992年以来,历次国家级和省部级一等奖,第一、二届全国优秀科技期刊一等奖,教育部优秀期...,第三届中国出版政府奖提名奖
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),美国数学评论(网络版),德国数学文摘,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,美国应用力学评论,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:43470