[发明专利]一种应用于双足机器人步行控制器的参数自动调节方法

说明书

本发明公开了一种应用于双足机器人步行控制器的参数自动调节方法，将步行控制器参数分解为第一逆运动学控制器参数、第一逆动力学控制器参数和第一主动阻抗控制器参数；关闭步行控制器的逆动力学控制器和主动阻抗控制器，利用贝叶斯优化方法优化第一逆运动学控制器参数，得到第二逆运动学控制器参数；保持第二逆运动学控制器参数不变，利用贝叶斯优化方法对第一逆动力学控制器参数和第一主动阻抗控制器参数进行交替优化，得到第二逆动力学控制器参数和第二主动阻抗控制器参数；组合第二逆运动学控制器参数、第二逆动力学控制器参数和第二主动阻抗控制器参数得到优化后的步行控制器参数；本发明可以提升步行控制器的参数精确度。

技术领域

本发明属于双足机器人技术领域，尤其涉及一种应用于双足机器人步行控制器的参数自动调节方法。

背景技术

双足机器人是利用两条腿实现移动的腿式机器人。双足机器人正在从实验室环境迈向各种复杂的工作环境。稳定的步行控制是双足机器人完成各种工作任务的基础。近年来，世界范围内出现了多种针对双足机器人稳定步行的控制方法，这些方法从控制律设计的角度实现了步行稳定控制。

双足机器人的步行稳定控制是通过步行控制器来实现的，步行控制器由三个同时工作的控制器组成，分别为逆运动学控制器，逆动力学控制器和主动阻抗控制器。其中，逆运动学控制器和逆动力学控制器分别用于将机器人的任务空间轨迹(质心和双脚轨迹)转换为关节空间的位置和力矩，主动阻抗控制器是通过力矩前馈和位置误差控制实现关节柔性。

敏感的步行控制器参数需要正确调节，以保证稳定性和良好的性能，这非常耗时。人工调节步行控制器的参数通常是次优的。因此，需要对控制器参数自动调节的方法进行深入研究。目前，由于三个控制器参数空间的维度大，这会导致寻优困难，所以已有的步行控制器调节方法仅是针对逆动力学控制器进行自动调节，而忽略逆运动学控制器和主动阻抗控制器的参数调节，这就导致了步行控制器的参数精确度下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于双足机器人步行控制器的参数自动调节方法，通过兼顾调节逆运动学控制器、逆动力学控制器和主动阻抗控制器，提升步行控制器的参数精确度。

本发明采用以下技术方案：一种应用于双足机器人步行控制器的参数自动调节方法，包括以下步骤：

将步行控制器参数分解为第一逆运动学控制器参数、第一逆动力学控制器参数和第一主动阻抗控制器参数；

关闭步行控制器的逆动力学控制器和主动阻抗控制器，利用贝叶斯优化方法优化第一逆运动学控制器参数，得到第二逆运动学控制器参数；

保持第二逆运动学控制器参数不变，利用贝叶斯优化方法对第一逆动力学控制器参数和第一主动阻抗控制器参数进行交替优化，得到第二逆动力学控制器参数和第二主动阻抗控制器参数；

组合第二逆运动学控制器参数、第二逆动力学控制器参数和第二主动阻抗控制器参数得到优化后的步行控制器参数。

优选的，利用贝叶斯优化方法优化第一逆运动学控制器参数包括：

在逆运动学控制器的参数取值范围内生成n组参数集K_IK,j；其中，j＝1,2,...,n；

采用每一组参数集控制双足机器人完成固定的运动轨迹，并计算对应的误差；

根据参数集和其对应的误差，生成数据集；

基于贝叶斯优化方法，利用数据集训练学习概率模型，得到每组参数集对应的贝叶斯后验概率；

根据贝叶斯后验概率生成第二逆运动学控制器参数。

优选的，得到每组参数集对应的贝叶斯后验概率之后还包括：

扩充数据集，利用扩充后的数据集训练学习概率模型。

优选的，扩充数据集包括：