COM trajectory planning and disturbance-resistant control of a bipedal robot based on CP-ZMP-COM dynamics

Abstract

通过对成人行走过程中矢状面与冠状面内质心轨迹的分析, 本文探索双足机器人自由、灵活行走的步态规划方法, 并实现对其受意外外力干扰下的稳定行走。 在基于线性倒立摆模型的双足机器人运动控制中, 质心、零力矩点和捕获点是实现双足机器人稳定行走的重要因素。 1. 通过对矢状面与冠状面内质心运动轨迹的分析, 建立双足机器人CP-ZMP-COM动力学模型, 由此计算期望的双足机器人质心、零力矩点和捕获点, 进而提出一种改进的双足机器人质心轨迹规划方法; 2. 提出双足机器人在矢状面与冠状面内运动协调的抗扰动反馈补偿控制方法, 对双足机器人质心和捕获点位置进行反馈补偿, 使双足机器人质心和捕获点轨迹能够在后续支撑切换时逼近理想状态; 3. 通过小型双足机器人样机及其仿真模型, 对改进的双足机器人质心轨迹规划方法及抗扰动反馈补偿控制方法进行行走仿真与实验验证。 1. 改进的双足机器人质心轨迹规划方法可用于实现小型双足机器人横行、斜行及原地转圈等灵活行走; 2. 基于所提出的抗扰动反馈补偿控制方法, 小型双足机器人受随机脉冲外力下横行、斜行及原地转圈时仍能保持稳定而不摔倒。