[发明专利]一种动态双足步行机器人鲁棒控制方法

说明书

本发明涉及一种针对动态动态双足步行机器人步态优化控制的鲁棒控制方法，具体涉及动态双足步行机器人鲁棒控制方法。针对动态双足步行机器人最优鲁棒控制问题,结合快速指数稳定控制Lyapunov函数和混合零动态，充分考虑控制扭矩饱和条件，提出一类具有充分下降特性的投影Dai‑Yuan等式约束优化算法。本发明通过对具有非线性、欠驱动、脉冲混杂特性的3连杆动态双足步行机器人模型进行数值模拟实验，数值结果表明虽然动态双足步行机器人动力学模型的参数摄动3倍，但是投影Dai‑Yuan等式约束优化算法求解的最优鲁棒控制器仍然可以实现动态双足步行机器人高效、稳定行走步态。本发明提高了动态双足机器人动态步行的稳定性和鲁棒性。

技术领域

本发明涉及动态双足步行机器人技术领域，特别是一种动态双足步行机器人鲁棒控制方法。

背景技术

伴随着人类对深海、深空、深地探测能力增强，单纯依赖人类本身是不可能实现深海、深空、深地探测，从而，人们研发了适应于各种功能的机器人辅助人类完成这些不可能完成的任务。由于外部工况信息复杂性或者内部参数摄动实时性将导致动态双足步行机器人产生不稳定行走步态，因此，人们希望致动态双足步行机器人可以更好的处理干扰，实现高效稳定工作状态。密歇根大学Grizzle教授首次提出混合零动态思想初步解决了动态双足步行机器人稳定行走问题。通过选取输出函数，利用反馈线性化技术为动态双足步行机器人设计反馈控制器，实现了该类机器人的动态稳定行走。随后，加州理工学院Ames团队结合快速指数稳定控制Lyapunov函数和混合零动态，设计了一类快速指数稳定控制器，实现了动态双足步行机器人的高效稳定行走步态，然而，他们在控制器设计过程中，需要通过调整控制器参数，如果参数选取不当时，动态双足步行机器人将不能产生稳定的行走步态。为了实现动态双足步行机器人能够在更加复杂的工况下实现稳定的周期运动，Galloway等人利用快速指数稳定性和控制扭矩饱和条件下构造了求解最优鲁棒控制器的二次规划模型，实现了动态双足步行机器人的动态稳定行走。但是，二次规划模型设计过程中，要求目标函数必须是二次型，并且约束条件只能是线性形式，限制了控制器设计要求。

本发明针对前述问题，提出了一种动态双足步行机器人鲁棒控制方法。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的就是提供一种动态双足步行机器人鲁棒控制方法，在于利用本发明投影Dai-Yuan线性等式约束优化算法实现了动态双足步行机器人的最优鲁棒控制；本发明基于处理非线性无约束优化问题中的Dai-Yuan思想，设计了动态 双足步行机器人步态优化算法，从而，通过算法求解动态双足步行机器人的最优鲁棒控制器，提高了动态双足机器人动态步行的稳定性和鲁棒性。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，一种动态双足步行机器人鲁棒控制方法，它包括有：

S1：建立动态双足步行机器人动力学模型；

S2：进行鲁棒控制器的设计；

S3：进行Dai-Yuan线性等式约束优化算法的设计。

进一步，所述步骤S1中动态双足步行机器人动力学模型如下：

其中，向量场为局部Lipschit连续函数，为碰撞前的状态变量，为碰撞后的状态变量，S为摆动腿与地面接触时的碰撞切换曲面，Δ为碰撞代数映射，q为机器人的状态变量，u∈R^m为控制信号输入；定义输出函数为y(q)＝H₀(q)-y_d(θ(q))；θ(q)是关于变量q严格单调函数，y_d(θ(q))是机器人期望运动轨迹。

进一步，所述步骤S2中在对鲁棒控制器的设计前还包括有：

S21：构造快速指数稳定控制Lyapunov函数如下：