余 莎

(陕西中医药大学体育部，陕西 咸阳 712000)

摘要：足球机器人腿部机构在受到零力矩点扰动的影响时，会出现步态失稳现象，为此提出基于行走振动抑制和最优控制律的足球机器人腿部机构设计与步态规划方法。根据足球机器人腿部各机构的运动位姿、速度等信息构建腿部机构动力学模型；依据动力学模型对腿部机构进行参数辨识，建立行走振动抑制及控制律模型、机器人腿部机构与步态协调对应的状态空间模型，采用跟踪误差和反馈调节方法实现最优控制律设计，完成足球机器人腿部机构与步态规划联合控制。仿真结果表明，采用该方法进行足球机器人腿部机构设计和步态规划稳定性较好，机器人步态跟踪的误差较小，误差跟踪自适应调节能力较强，鲁棒性较好。

关键词：足球机器人；腿部机构；步态规划；行走振动抑制

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：2095-509X(2020)02-0110-05

足球机器人是当前仿人形机器人研究的重要部分，涉及人工智能、自动控制等多个领域，是国家高科技领域的重要研究方向之一。足球机器人行走的稳定性是机器人设计的重要指标，为了确保足球机器人的稳定性，需要对足球机器人的腿部机构进行优化设计。研究足球机器人腿部机构设计与步态规划方法，对提高机器人的稳定性具有重要意义。其中研究足球机器人的腿部机构与步态规划控制器，能够改善足球机器人的稳定性。目前对足球机器人腿部机构进行设计与步态规划，需要以控制律的优化为基础。当前主要的控制方法有模糊PID（proportion integral differential,比例积分微分）控制方法、反演控制方法、积分控制方法以及BP(back propagation)控制方法等。文献提出一种足球机器人自适应鲁棒轨迹跟踪控制方法，通过构建足球机器人腿部机构的纵向运动数学模型，进行腿部机构控制目标函数和控制约束参量分析，采用运动轨迹的俯仰跟踪控制方法进行腿部机构控制器的优化设计，提高了控制稳定性，但该方法的自适应控制性能较差，控制结果误差较大；文献提出基于脉冲激光测距的足球机器人腿部机构设计与步态规划方法，以高清摄像头为基础，在摄像视频中写入激光测距指令进行机器人设计和步态规划，但该方法受外部扰动因素影响较大，机器人控制的鲁棒性较差。

针对上述问题，本文提出基于行走振动抑制及最优控制律的足球机器人腿部机构设计与步态规划方法，并通过仿真实验验证该方法的有效性。


1 足球机器人腿部机构的动力学分析及参量模型

1.1 足球机器人腿部机构的动力学分析

足球机器人腿部机构是机器人设计的关键，首先创建研究对象的整体结构，然后使用平行四边形传动机构驱动足球机器人腿部运动，通过不断地转换重心来实现机器人的稳定行走。足球机器人腿部结构原理如图1所示。

图1 足球机器人腿部结构原理（图略）

为了实现足球机器人腿部机构设计与步态规...

......

作者简介：余莎（1985—），女，讲师，硕士,主要研究方向为运动训练，m18502996793_1@.