[发明专利]一种液压四足机器人单腿刚性支撑相控制方法

说明书

本发明涉及一种液压四足机器人单腿刚性支撑相控制方法，针对液压四足机器人运动的稳定性问题，面向单腿刚性支承，以液压四足机器人单腿为研究对象，建立机器人单腿刚性支撑相的等效模型；利用神经网络和增量PID算法相结合的方式建立控制结构图，在AMESim中建立刚性支撑相力的系统图，并在Matlab中建立控制器的控制框图；利用AMESim和Matlab联合仿真，分析控制器设计的合理性和有效性，为后续的液压四足机器人研究提供依据。

所属技术领域

本发明涉及足式机器人控制技术领域，尤其涉及一种液压四足机器人单腿刚性支撑相控制方法。

背景技术

由于液压四足机器人具有很好的稳定性、更大的承载能力、运动更加的灵活、控制难度也相对较低、具有大负载能力、高动态性能、适应复杂环境能力强等特点，使得液压四足机器人在机器人领域得到广泛研究。在对其运动控制研究中，机器人的稳定性无疑是最重要的。在运动控制过程中保持机器人的稳定成为了研究的关键。

发明内容

一种液压四足机器人单腿刚性支撑相控制方法。

液压四足机器人单腿刚性支撑相控制方法按照以下方法实现：

步骤A、建立液压四足机器人单腿支撑相的等效模型：

针对液压四足机器人运动的稳定性问题进行研究，面向单腿刚性支承，以液压四足机器人单腿为研究对象，根据单腿的机械结构，对其进行动力学和运动学分析，建立机器人单腿刚性支撑相的等效模型，为机器人控制提供理论依据。

设连杆受到刚性地面约束时作动器活塞杆初始位移为x₂₀，单位时间内活塞杆位移和减振弹簧变形量分别为x₂₁、ΔY，通过位移传感器可测得其值，弹簧经折算后的等效刚度为：

在刚性支撑下，缸体产生运动，设缸体位移为x_c，缸体受机架和自身重量的综合作用力为F_c。由于地面刚度很大，机器人足端在支撑相下与地面固结在一起。

步骤B、设计腿部刚性支撑相控制器：

机器人腿关节切换过程中，作动器采用力/位切换控制方法，针对关节在刚性支撑相的工况下，作动器采用力控制器，一般以增量PID算法为基础，其表达式为：

u(k)＝u(k-1)+Δu(k)＝u(k-1)+K_pa+K_ib+K_dc

式中：Δu(k)为第k次采样控制器所需输出的电压增量；K_p、K_i、K_d分别为增量PID控制器的比例、积分、微分环节的系数。

其中，a＝e(k)-e(k-1)，b＝e(k)，c＝e(k)-2e(k-1)+e(k-2)，e(k)为输入信号与反馈信号的偏差；

本发明采用三层BP神经网络第一层为输入层，第二层为隐含层，第三层为输出层。网络的第一层的输入为：

式中M由电液伺服系统的复杂程度决定；

神经网络第二层的输入、输出为：

式中，—第二层的权值系数；上角标1、2、3分别代表第一层、第二层、第三层。

第二层神经元的活化函数采用正负对称的sigmoid函数

神经网络第三层的输入输出为：