一種基于神經網絡感知器的雙足行走機器人穩定性控制方法
人作為雙足行走生物,是在長期的生物進化過程中形成的。人能夠不自覺地保持身體的直立性和平衡性,不論是在靜止不動還是在行走過程中。一旦失去平衡,人就會產生相應的動作,使身體保持平衡。例如,在靜止時,當人的重心偏向一側時,就會不自覺地向該側跨出一腳,以使重心位置落于支撐面內。這里,支撐面定義為兩腳之間的面積以及兩腳的面積。當重心落于支撐面內時,就不會傾倒。再如,在行走過程中,人的重心不斷向前移動,超出了兩腳尖的位置,迫使人向前邁出腳,這樣才使人的行走成為可能,使人的行走自然流暢。因此,控制機器人重心的位置及重心位置的速度,是機器人保持穩定及產生有效步態的關鍵。本文就是控制機器人的重心位置,使其落于支撐面內,從而達到了機器人穩定性控制的目的。機器人的重心可以由安裝在機器人腳底的力傳感器測知。當重心偏向一側,這一側的傳感器輸出偏大,相反的一側的力傳感器等于零,或趨近于零。本文用感知器來感知機器人重心位置的變化,當重心超出支撐面時,系統將發出動作指令,使機器人保持穩定。 本文采用的神經網絡感知器(Perception)是最簡單的人工神經網絡,它是FRosenblatt于1958年提出的具有自學習能力的感知器。在這種人工神經網絡中,記憶的信息存儲在連接權上,外部刺激通過連接通道自動激活相應的神經元,以達到自動識別的目的。感知器模型如圖1所示,通常由感知層S(Sensory)、連接層A(Association)和反應層構成R(Response)。
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