双足机器人常用的平衡算法有哪些?
当初双足机器人使用的平衡控制策略是“静态行走”。
该策略的特点是在机器人行走过程中,重心的投影总是在多边形支撑区域内。
这种控制策略的优点是机器人可以在整个行走过程中停下来而不摔倒,但代价是非常缓慢的动作速度(每一步需要10秒甚至更长)(因为重心的投影需要始终在支撑区域,否则会不稳定),因为静态行走与人类的预期相差甚远。
于是人类发展出了另一种行走平衡策略:“动态行走”。
在动态行走中,机器人的速度增加到每步不超过1秒。但是,缺点也很明显。机器人在运动状态(惯性)下很难立即停止,使得机器人在状态转换过程中不稳定。为了解决惯性的影响,零力矩点(ZMP)被引入该控制策略。在单腿支撑阶段,ZMP =重心。引入ZMP的好处是,如果ZMP严格存在于机器人的支撑区域,机器人永远不会倒下。
XZMP代表正ZMP,Xmc代表重心前移,l是倒立摆的长度,g是重力加速度。
由于单个控制器无法实现复杂地形下的双足平衡,因此采用多个控制器的切换策略来解决平衡问题。在该策略中,机器人的行走被设定为一个循环,每个循环又被划分为不同的行走阶段。