基于ZMP的四足仿生机器人反应式行为控制策略研究.pdf

四足仿生机器人在广域地形中行走时，常常面临山地、砂石等障碍物，这些障碍物会造成机器人受力扰动，进而可能引发失稳问题。针对这一问题，研究人员设计了一种基于零力矩点（ZMP）稳定性判据的反应式行为控制策略。这种策略的核心在于采用基于非线性干扰观测器的滑模角度跟踪控制策略，控制机器人的关节角度，以实现负载突变下机器人机身姿态的智能自适应稳定控制。 ZMP是一种用于机器人行走稳定性分析的理论模型，它能够指导机器人在不稳定状态下的调整。ZMP是机器人的一个虚拟点，在这个点上，所有的力矩相互抵消，因而可以认为是机器人支撑面的中心。在动态行走过程中，ZMP必须位于机器人支撑面内，以保证其稳定。在四足机器人的应用中，ZMP尤其重要，因为它能够帮助机器人识别何时需要采取行动来调整其姿态，以避免跌倒或失去平衡。 非线性干扰观测器是一种能够估计并补偿系统中不确定性和干扰影响的技术。通过滑模控制，机器人可以在关节角层面实现快速且准确的控制响应。滑模控制策略能够在面对各种外部干扰时，迅速改变其控制策略，使机器人维持在期望的运动状态，确保其在动态复杂地形中的稳定行走能力。 使用Matlab和Adams仿真工具，研究人员对所提出的控制策略进行了分析。仿真结果证实了该控制策略可以有效地提高四足仿生机器人对复杂地形和外界扰动的智能自适应能力。这意味着机器人不仅能够处理平坦地形，而且在不规则的地形中也能保持较好的稳定性，减少因环境变化导致的停机时间，提高了四足仿生机器人在实际应用中的可用性和可靠性。 这项研究具有重要的现实意义。在军事、救援和勘探等要求机器人能够在各种复杂环境中工作的场景中，提高机器人的适应性和稳定性是至关重要的。随着技术的进步，四足机器人作为智能移动平台，其高机动性、高通过性和高稳定性已成为研发的重要方向。除了设计必要的被动柔顺机构外，主动柔顺控制策略的实施也至关重要。主动柔顺控制主要通过施加力控制算法来实现，其目的是为了更好地适应未知崎岖地形，确保机器人稳定行走。 上世纪80年代，提出的弹簧负载倒立摆模型（SLIP）为单足机器人的稳定控制提供了理论基础，而许多后续的四足机器人控制策略也都是在这一模型基础上发展而来的。随着研究的深入，动力学模型的引入让ZMP判据更加精确。通过确定系统需要控制的自由度，并构建恰当的虚拟构件来产生虚拟力，建立整体质量-弹簧-阻尼虚拟模型，通过雅可比矩阵计算期望的关节扭矩，进一步增强了机器人在动态环境下的稳定性。 基于ZMP的四足仿生机器人反应式行为控制策略研究，不仅为机器人行走稳定性分析提供了新的视角，还通过先进的控制策略和仿真工具的结合，为提升机器人在复杂环境中的适应能力提供了强有力的解决方案。这一研究不仅推动了机器人控制理论的发展，也为实际应用提供了重要的参考。