基于遗传算法的双足机器人足踝蹬地参数优化

作     者：吉巧丽 钱志辉 任雷 任露泉 JI Qiaoli;QIAN Zhihui;REN Lei;REN Luquan

作者机构：吉林大学工程仿生教育部重点实验室长春130022 曼彻斯特大学机械航空航天和土木工程学院曼彻斯特M139PL 

出 版 物：《农业机械学报》 (Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery)

年 卷 期：2020年第51卷第S1期

页      面：584-591页

核心收录：

学科分类：081104[工学-模式识别与智能系统] 08[工学] 0811[工学-控制科学与工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(91848204、91948302、51675222) 国家重点研发计划项目(2018YFC2001300) 

主　　题：双足机器人 足踝蹬地 行走速度 能耗 遗传算法 优化 

摘      要：为提高双足机器人步态的经济性,研究了足踝蹬地扭矩和蹬地时机对行走速度和能耗的影响。基于Matlab/Simulink建立了双足机器人仿真模型并搭建了控制程序,以行走速度为目标函数,利用遗传算法对不同步长下足踝蹬地扭矩和蹬地时机进行优化,以两腿间夹角确定步长。利用无量纲速度和无量纲能耗作为评价双足机器人运动性能指标,仿真结果表明,随着步长由40°增加到60°,机器人行走速度和能耗均随之增加。当步长为60°,蹬地扭矩为41 N·m,蹬地时机为整个步态周期的43.82%时,双足机器人行走速度最大为0.48,对应能耗为2.97。以速度能耗比作为评价机器人步态经济性指标,仿真结果表明,双足机器人在步长50°,蹬地扭矩为35 N·m,蹬地时机为步态周期的45.18%时,机器人步态的经济性更高,对应速度和能耗分别为0.43和2.26。机器人足底地反力出现3个波峰,当步长为50°和60°时,随着足踝蹬地阶段的出现,足底地反力出现第3个波峰,峰值分别为245.45 N和281.23 N。本研究可为双足机器人在特定步长下选取合适的蹬地参数提供重要参考依据。