应用扩展零力矩点预观控制和分解动量控制的仿人机器人全身运动规划方法

周雪峰,孙广彬,刘晓光,黄丹,蒋晓明,朱富贵

(1.广东省科学院广东省智能制造研究所,510070,广州;2.南洋理工大学机器人研究中心,639798,新加坡)



应用扩展零力矩点预观控制和分解动量控制的仿人机器人全身运动规划方法

周雪峰1,孙广彬2,刘晓光1,黄丹1,蒋晓明1,朱富贵1

(1.广东省科学院广东省智能制造研究所,510070,广州;2.南洋理工大学机器人研究中心,639798,新加坡)

针对简化动力学模型对运动规划造成较大误差的问题,提出一种仿人机器人全身运动生成方法,它结合扩展零力矩点(extended zero moment point,EZMP)的预观控制和分解动量控制,实现了含多种约束的高效运动规划。该方法给出了非线性EZMP方程在三维空间中的封闭形式,使得机器人稳定步态生成更加方便,同时将之前文献中忽略的角动量等因素也考虑在内,另外可以对EZMP、四肢运动和角动量等自由添加约束。仿真结果表明,该方法将EZMP平均误差减小到单一预观控制方法的2/5,并可以方便地实现含复杂约束的运动规划,为仿人机器人提供了一种形式简单且灵活、高效的运动规划方法。

仿人机器人;扩展零力矩点;全身运动规划;角动量

仿人机器人的一个基本问题是如何在保持动态平衡的同时完成其他实际的任务,很多文献对足式行走问题进行了研究[1-3]。为了处理零力矩点(ZMP)无法用于非水平地面的缺点,Sun等提出了扩展零力矩点(extended zero moment point,EZMP)[4]的概念,该方法将质心和角动量进行解耦,得到了一个三维线性模型,并在3个运动方向上同时应用预观控制[5]生成稳定的运动步态,而不需要单独规划竖直方向运动,但是该方法仍然存在一些缺点:忽略了绕质心的转动动力学以及难以施加基于任务的约束,使得其很难用于执行除行走之外的实际任务。……