足式机器人的控制系统国内外研究现状综述

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国内研究现状我国对足式机器人的控制系统研究相较与国外起步比较晚，主要起步于八十年代，在上海交通大学、北京理工大学、燕山大学等均展开过研究工作，并取得一定的成果。1993 年，上海交通大学研制出 JTUWM-III 型四足步行机器人。该机器人采用分布式的控制系统结构。在控制系统中，先采用适合作为电机控制的 8098 作为直流伺服电机的直接控制板，再使用通信控制芯片作为连接机器人各个部分的通信载体，最后使用高级计算机作为系统的计算协调中心。整个控制系统将各种控制功能分别进行控制、协调，形成了一个控制网络系统。之后在 1996 年，上海交通大学的郑伟红将模糊神经网络应用在四足机器人的控制系统中，他将获取的感应信息进行模糊化处理，使用力学模型模拟机器人的力学模型，实现机器人运动平稳。62937

2001 年，哈尔滨工业大学的王强博士在对双足机器人 HIT-IV 的研究中提出了一种基于 RBF 的控制方式，这种方式结合自调节模糊控制和神经网络控制，采用神经系统模拟系统的逆运动学模型，这种方式使得机器人运动控制系统的性能得到很大的改善。2010 年，上海交通大学的杨斌针对双足机器人的结构特点、控制复杂性等，设计基于CAN 总线的分布式控制系统。他将控制系统分成主控制层、通信控制层、协调执行层3 层，采用 CAN 总线建立三层之间的联系，在主控系统基于计算机，负责机器人的调试、数据反馈。协调执行层使用 liunx 嵌入操作系统对机器人进行协调控制。

2 国外研究现状

在国外，足式机器人的控制研究展开的很早，特别是美国、日本等发达国家，其在这方面的研究比较成熟，取得了很多成果。

1983 年，美国 Odetics 公司设计并生产出一种圆周分布型的六足机器人——“Odex I”型。该机器人使用直流伺服电动机作驱动部件，采用分级式控制系统，将系统分成高层、中层和底层。在底层，使用 6 个独立控制器分别控制六条腿，这个控制器主要用于处理腿的驱动元件的反馈信号以及分布于脚和腿部的触觉传感系统反馈数据；中层级使用一个独立的控制系统,用于 6 个底层控制器与高层控制器之间的数据交换；高层级包括多个控制处理系统，用于六足机器人运行过程中高级决策运算，如步态选择、身体平衡性保持、传感器的数据采集、各个系统之间的通讯等运算控制。在 1986 年，Odetics 又开发了“Odex III”型机器人，“Odex III”使用远距离控制台进行远程控制，之间采用光导纤维进行信号的交换。这样使得该型机器人能在核辐射等危险环境下代替人类进行工作。

1986 年，Miura 等研制出四足步行机器人“Collie-2”。该机器人使用直流伺服电机作为驱动元件，在机器人的每一个关节安装了一个电位器，采用 MC68020 芯片作为运动控制系统的控制芯片，并在控制系统中嵌入 RMS68K 操作系统，。论文网

1986 年，美国麻省理工学院 Brooks 以生物的运动神经系统模型为基础，提出了分层控制结构，Brooks 将控制系统分成两部分，下层是对生物体的反射控制，生物体局部对的外界刺激理解为简单的行为反射，而将整个系统行为反射刺激看成具有现实意义的生物体机能。基于这种“刺激->反射”控制方式的机器人控制方式简单、灵活，在参数的输入和输出都不存在复杂的计算，通过自组织实现机器人的复杂行为，其对复杂地面具有很强的自调节性。之后出现的机器人如 Attila、LauronIII 都采用层次化结构控制。层次化控制结构对本层功能进行封闭控制，使不同层次之间的控制功能相对独立，是控制系统设计更为方便简洁，具有稳定、可靠和高效的优点，一直是多足机器人控制系统的基本结构。