【技术实现步骤摘要】
基于模型参考自适应控制的仿人机器人变负载站立方法
[0001]本专利技术涉及仿人机器人运动控制领域，尤其涉及一种基于模型参考自适应控制的仿人机器人变负载站立方法。
技术介绍
[0002]仿人机器人在近几十年蓬勃发展，尤其是在步态生成和平衡控制领域发展迅速，已经取得了不错的成果。但是真正的应用仍然还有很大的距离，许多关键问题仍然亟待解决。目前仿人机器人的研究经常忽视其负载能力的研究，针对搬运、抬举重物这些常见任务所需的载荷重力补偿问题研究较少。载荷重力补偿需要考虑的问题主要有抵御关节偏移和变负载补偿能力。其中，关节偏移指仿人机器人在载荷重力作用下实际关节位置、速度与关节位置、速度指令之间的差值，以及由此差值造成的机器人整体姿态偏移；变负载补偿能力指面对未知负载，或者负载大小变化的情况下，补偿重力载荷，抵御关节偏移的能力。变负载补偿能力是机器人负载能力的高级形式，是仿人机器人完成搬运、抬举重物这些常见任务的基础，对仿人机器人实际应用具有重大意义。
[0003]上述机器人的负载能力取决于关节驱动方式和机械设计结构，当载荷重...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于模型参考自适应控制的仿人机器人变负载站立方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：构建简化的仿人机器人动力学模型，推导动力学方程，具体通过以下方式实现：将双腿并排站立的仿人机器人，等效简化为三连杆模型；基于拉格朗日方程，推导所述三连杆模型的动力学方程；对所述动力学方程的形式进行转换，得到与动力学参数相关的三连杆模型关节力矩表达式；步骤二：设计仿人机器人双腿并排站立下的模型参考自适应控制算法，具体通过以下方式实现：将期望角度、期望角速度、期望角加速度代入所述与动力学参数相关的三连杆模型关节力矩表达式，计算得到关节力矩的估计值，将其作为前馈力矩，施加在PD控制器的输出端；同时计算得到参考关节角速度；根据所述前馈力矩和PD控制器的微分系数，计算所述三连杆模型的关节力矩，将其作为控制输入，输入到所述仿人机器人的控制系统中，输出得到所述仿人机器人各关节的实际角度和角速度；根据所述仿人机器人各关节的实际角速度和所述参考关节角速度，计算得到广义误差，再由广义误差计算得到动力学参数估计值的更新率，更新动力学参数，获得更准确的前馈力矩，直至消除关节角度、角速度的控制误差。2.根据权利要求1所述的基于模型参考自适应控制的仿人机器人变负载站立方法，其特征在于，所述基于拉格朗日方程推导三连杆模型的动力学方程具体通过以下方式实现：多连杆系统中的拉格朗日方程为：式中，θ为关节角度；为关节角速度；τ为关节力矩；为系统动能；V(θ，t)为重力势能；所述三连杆模型从上到下包括：躯干连杆、髋关节、大腿连杆、膝关节、小腿连杆、踝关节、足连杆；所述髋关节为连接所述躯干连杆和所述大腿连杆的结构，所述膝关节为连接所述大腿连杆和所述小腿连杆的结构，所述踝关节为连接所述小腿连杆和所述足连杆的结构，所述髋关节、踝关节均能进行多方向的转动；根据仿人机器人各连杆的物理参数，计算得到所述三连杆模型中各连杆的动能、重力势能，代入式(1)并整理得到：式中，H(θ)是实对称的惯性矩阵；为关节角加速度；是与向心力和科里奥利力相关的矩阵；g(θ)是由重力决定的矩阵，H(θ)、g(θ)的具体表达式如下：
式中，θ1为所述小腿连杆与竖直方向的夹角，θ2为所述大腿连杆与所述小腿连杆的夹角，θ3为所述躯干连杆与所述大腿连杆的夹角；为所述踝关节在y方向的关节角速度，所述y方向为所述仿人机器人双腿并排站立时，指向身体左侧的方向；为所述膝关节在y方向的关节角速度，为所述髋关节在y方向的关节角速度；a1，a2，a3，a4，a5，a6，a7，a8，a9均为动力学参数，其具体表达式如下：式中，m1表示所述小腿连杆的质量，m2表示所述大腿连杆的质量，m3表示所述躯干连杆的质量；I1表示所述小腿连杆绕其质心的转动惯量，I2表示所述大腿连杆绕其质心的转动惯量，I3表...
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