第4卷第5期
2009年lO月
智能系统学报
CAAI
Transactions
on
Intelligent
Systems
V01.4№.5
0c1.2009
doi:10.3969/j.issn.1673-4785.2009.05.013
二足机器人之动态平衡研究
王仲淳,倪世铨,黄加庆,李明哲,郑晖腾,郭怡均
(元智大学电机系,台湾中坜32003)
摘要:主要探讨二足机器人(biped
robots)行走或受到外力干扰时。通过动态平衡控制使机器人行走更趋稳定。并
增强站立时稳定性.二足机器人动态平衡之实现,主要是将动态平衡控制程序撰写于Nios
II发展环境中,当二足机
器人行走时,利用脚底压力传感器取得压力值.运算及判断二足机器人实际重心是否落在二足机器人支撑多边形范
围内,并计算实际蕈心与期颦重心之误差,以模糊控制器将二足机器人重心控制于支撑多边形范围内.使二足机器
人行走时能够更加稳定,实验结果表明该方法是有效的.
关键词:二足机器人;动态平衡控制;模糊控制器
中图分类号:TP242文献标识码:A文章编号:1673-4785(2009)054M63-08
Dynamic
balance
for
bipedal
robots
WANG
Jong—chwen,NI
Shih—chiuan,HUANG
Chia—ching,LI
Ming-che,CHENG
Hui—teng,KUO
Yi—chun
(Department
of
Electrical
Engineering,Yuan
Ze
University,Chung-Li
32003,China)
Abstract:The
main
purpose
of this
paper
was
to
study
how
to
enhance
the
dynamic
balance
of
bipedal
robots
dur-
ing
walking
or
when
interacting
with extemal
forces.Their
stability
while
standing
was
also
examined.The
dynamic
equilibrium
of
the tested
biped
robots
resulted
from
built—in
dynamic
control
programs
which
were
written
in
the
Nios
development
environment.To
get
pressure
values
from
the
pressure
sensors
of
biped
robots,we
used
control
algo-
rithms
to
compute
the
position
of
the
actual
center
of
gravity(CoG)and
also
to
determine
whether
the
CoG
fell
in-
side
the
polygon
defining
the
area
of
balance
for
the robot.It
Was
found
possible
to
use
a
fuzzy
controller
to
compen—
sate
for
errors
due
to
differences
between
the
actual
CoG
and
the
theoretical
one.The
objective
was
to
keep
the
CoG
within
the
supporting
polygon
al'ea.This
helped
the
bipedal
robots
walk
more
steadily
and
also
improved
their
over-
all
stability
when
standing.The
experimental
results
show
that
this
method
is
effective.
Keywords:biped
robot;dynamic
state
control;fuzzy
control
随着科技的进步,世界各国渐渐开始投入机器
人领域的研究.机器人有很多不同类型,像是水下机
器人、飞行机器人、地下机器人等.不论是何种类型
机器人大致上都可以分为轮型、多足型和轨道式等,
其中又以最像人类的二足机器人(biped
robots)最
受世人瞩目.
目前二足机器人步行还无法像人类一样,来去
自如行走于不同的地形上,而且人类步行时本身因
为拥有平衡功能,所以步行时才不至于跌倒,目前二
足机器人步行时最需克服的就是平衡问题.二足机
器人克服地形限制后,即可代替人类于危险环境或
是人类无法到达的地方执行各种任务.
收稿151期:2009-03.12.
通信作者:郭怡均.E-mail:goldber6@yahoo.eonl.tw.
本文主要研究二足机器人的动态平衡,当机器
人运行时,经由传感器取值并通过控制器补偿机器
人重心稳定位置,分析比较不同控制器的性能差异,
让机器人不论在静态或动态状态下都能够具有抗干
扰性能,使得机器人在姿态及运作效能上有所改善.
1
二足机器人硬件架构
1.1
硬件架构
如图I所示为二足机器人正面及侧面图,该二
足机器人是由双足10个自由度、头部1个自由度、
FPGA发展实验板、伺服机驱动模块、无线模块、超
音波传感器、电子罗盘、加速度计以及8颗压力传感
器所架构出的.二足机器人站立时高为320
mm,宽
为230
mm,重量约1.5
kg,脚底是A/D转换电路及
万方数据