[发明专利]一种液压四足机器人单腿关节解耦控制方法

说明书

本发明公开了一种液压四足机器人单腿关节解耦控制方法，该方法包括PID神经网络解耦控制、神经网络模型参考解耦控制和预测控制。步骤为：设定好系统无耦合情况下的参考模型，然后训练神经网络控制器，使系统的输出能够跟随参考模型的输出；同时，利用神经网络模型预测，根据被控对象当前和之前的输入输出数据，预测系统下一步的输出；最后根据预测输出与给定的参考输出在线修正神经网络的权值，以使神经网络解耦控制器的优化指标达到极小，实现解耦控制目的。本发明能够有效地降低机器人各关节之间的耦合影响，实现机器人各关节的解耦控制。

技术领域

本发明涉及四足机器人控制技术领域，尤其涉及一种液压四足机器人单腿关节解耦控制方法。

背景技术

液压驱动四足机器人是一个典型的多输入多输出的非线性系统，一般情况下，腿部某一个关节的输入会受到其他关节输出的影响，同时，这个关节的输出也会受到其他关节输入的影响，因此各关节之间存在着耦合现象。对于一个非线性多耦合的复杂系统，由于多个变量间产生的耦合，使得系统控制也变得十分复杂，这种非线性强耦合效应在低速时以及对机器人的精度要求不高的情况下可以忽略不计，各关节的运动也可以独立的进行分析研究。但是在高速的情况下，非线性强耦合效应会严重影响到机器人的控制精度。这给液压驱动四足机器人的运动控制带来了很大的困难，必须进行解耦控制才能获得满意的控制效果，于是，解耦控制为液压四足机器人自动化水平的提高提供了一种有效方法。

解耦控制的基本思想是通过设计一个解耦网络，寻找合适的控制规律将多输入多输出耦合系统解耦为多个单输入单输出的独立系统，降低各回路之间的相互耦合关系，或者使耦合限制在一定范围内。

由液压四足机器人的动力学方程可知，该机器人系统是一个非线性的高度耦合的控制系统，其耦合在方程中体现在惯量、哥氏力和重力之间的相互影响。

在实际运动中，想要对四足机器人的一个关节进行控制，只有在腿部的其他所有关节都被锁定时才有可能，当这些关节解除锁定后，各关节之间存在着交连耦合影响，因此，机器人每一个关节的运动都受到其他关节的耦合影响，致使控制效果并不理想。因而，降低机器人系统的交连耦合影响，对机器人各个关节进行解耦控制变得十分必要。

中国专利文献CN102785248A公开了一种解耦型六自由度工业机器人的运动控制方法，通过本发明，具备可预知过奇异点路径、算法简单、反解速度快以及能较好地确定唯一解等优点，并能很好地应用于实际的工业机器人运动控制。

中国专利文献CN103341865A公开了一种三自由度等速解耦空间机器人主动球型腕与万向柔顺控制方法，本发明定位准确，运动平稳，避免了运动耦合与机械臂的振动现象，球型腕全柔顺模式可有效解除机械干涉。

以上两个发明均是对机器人的解耦控制进行研究，但两个发明研究的机器人种类均非足式步行机器人，其控制方法很难移植到足式步行机器人上，特别是对于液压驱动的四足机器人，由于其具有高动态、高负载能力，其控制方法会更加复杂，经查阅相关资料，尚没有相应的专利对液压四足机器人关节间的解耦控制进行研究，因此，本发明具有一定的原创性。

发明内容

针对现有技术的缺陷和技术需求，本发明提出了一种液压四足机器人单腿关节解耦控制方法，其主要思想是：设定好系统无耦合情况下的参考模型，然后训练神经网络控制器，使系统的输出能够跟随参考模型的输出；同时，利用神经网络模型预测，根据被控对象当前和之前的输入输出数据，预测系统下一步的输出；最后根据预测输出与给定的参考输出在线修正神经网络的权值，以使神经网络解耦控制器的优化指标达到极小，实现解耦控制目的。

为了解决上述技术问题，本发明予以实现的技术方案是：