• CN:11-2187/TH
  • ISSN:0577-6686

机械工程学报 ›› 2017, Vol. 53 ›› Issue (15): 93-100.doi: 10.3901/JME.2017.15.093

• 机构学及机器人 • 上一篇    下一篇

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基于粒子群优化算法的单腿机器人膝踝协调运动控制

吴伟男1,2, 朱秋国1,2, 吴俊1,2, 熊蓉1,2   

  1. 1. 浙江大学智能系统与控制研究所 杭州 310027;
    2. 浙江大学工业控制技术国家重点实验室 杭州 310027
  • 收稿日期:2016-08-02 修回日期:2017-01-04 出版日期:2017-08-05 发布日期:2017-08-05
  • 通讯作者: 朱秋国(通信作者),男,1982年出生,助理研究员。主要研究方向为仿人机器人,机器人运动规划与控制。E-mail:qgzhu@iipc.zju.edu.cn
  • 作者简介:吴伟男,男,1992年出生。主要研究方向为机器人运动规划与控制。E-mail:wuwn@zju.edu.cn;吴俊,男,1967年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为仿人机器人,机器人建模与运动规划,线性鲁棒控制。E-mail:jwu@iipc.zju.edu.cn;熊蓉,女,1972年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为运动建模与控制,环境感知与建模,多智能机器人协作。E-mail:rxiong@iipc.zju.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(51405430,61473258,U150921)和浙江省公益技术项目(2016C33G2010137)资助项目。

Coordinated Motion Control between the Knee and Ankle Joints for One-legged Robot Based on Particle Swarm Optimization Algorithm

WU Weinan1,2, ZHU Qiuguo1,2, WU Jun1,2, XIONG Rong1,2   

  1. 1. Institute of Cyber-Systems and Control, Zhejiang University, Hangzhou 310027;
    2. State Key Laboratory of Industrial Control Technology, Zhejiang University, Hangzhou 310027
  • Received:2016-08-02 Revised:2017-01-04 Online:2017-08-05 Published:2017-08-05

摘要: 针对三段式冗余单腿机器人的高能效运动问题,通过采集人体跳跃的运动学数据,分析人体在跳跃中膝踝关节的做功机理,提出冗余单腿机器人在跳跃中膝协调运动的定义,研究基于粒子群优化算法(Particle swarm optimization,PSO)搜索算法实现膝踝关节协调运动的优化方法,优化结果验证了膝踝关节协调运动规划算法的高能效性。通过仿真试验,实现了单腿机器人膝踝协调的连续跳跃运动,验证了规划算法和控制算法在跳跃中的有效性,通过实物试验验证了算法的有效性和鲁棒性。

关键词: 单腿机器人, 粒子群优化算法, 协调运动, 运动冗余

Abstract: Aiming at the energy efficiency problem of three-segmented and redundant one-legged robot, the working principle of human's knee and ankle joints while hopping is analyzed by collecting and analyzing the kinematics data of human. The definition of coordinated motion between knee and ankle joints is proposed. Control algorithm based on particle swarm optimization (PSO) algorithm is also proposed to realize the coordinated motion between knee and ankle joints. Thus the energy-efficiency of kinematic coordinated planning algorithm is verified. The effectiveness of planning algorithm and control algorithm in the hopping is verified by simulation, implementing the coordinated continuous hopping movement between the knee and ankle joints. The effectiveness and robustness of the method is validated through the practical experiments.

Key words: coordinated motion, particle swarm optimization, redundant motion, single-leg robot

中图分类号: