外文翻譯--關(guān)于裝載適應(yīng)性神經(jīng)模糊系統(tǒng)的有兩足行走的機(jī)器人的零刻點(diǎn)彈道造型中文版

1、 中文 中文 3915 字 出處： 出處：Control Theory and Applications, IEE Proceedings-. IET, 2005, 152(4): 411-426關(guān)于裝載適應(yīng)性神經(jīng)模糊系統(tǒng)的有兩足行走的機(jī)器人的零刻點(diǎn)彈道造型 關(guān)于裝載適應(yīng)性神經(jīng)模糊系統(tǒng)的有兩足行走的機(jī)器人的零刻點(diǎn)彈道造型D. Kim, S.-J. Seo and G.-T. Park摘要：對(duì)于制造機(jī)器人來(lái)說(shuō)兩足動(dòng)物的體系結(jié)構(gòu)高度適用于

2、它們工作在人的環(huán)境里，因?yàn)檫@樣將使機(jī)器人避免障礙變成一項(xiàng)相對(duì)的容易的任務(wù)。 然而，在走動(dòng)的機(jī)制中介入復(fù)雜動(dòng)力學(xué)，這使得制作這樣的機(jī)器人的控制系統(tǒng)變成了一項(xiàng)富有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。 機(jī)器人腳部的零刻點(diǎn)(ZMP)彈道是機(jī)器人行走時(shí)的穩(wěn)定性的重要保障。 如果 ZMP 可以在線測(cè)量那么就將使為機(jī)器人穩(wěn)定行走創(chuàng)造條件成為可能，而且通過(guò)運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)的 ZMP 還可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的穩(wěn)定控制。ZMP 數(shù)據(jù)是通過(guò)兩足行走機(jī)器人實(shí)時(shí)測(cè)量出來(lái)的，在這之后在通過(guò)一套適應(yīng)

3、性神經(jīng)模糊系統(tǒng)（ANFS）將其造型。測(cè)量了在水平基準(zhǔn)面的自然行走和在帶有 10 度傾斜面的上下行走。通過(guò)改變模糊系統(tǒng)的成員作用和結(jié)果輸出部分的規(guī)則，使得 ANFS 造型的表現(xiàn)最優(yōu)化。由 ANFS 展示的優(yōu)秀表現(xiàn)意味著它不僅可以運(yùn)用于模型機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，還可以運(yùn)用于控制真正的機(jī)器人。1 介紹兩足動(dòng)物結(jié)構(gòu)是對(duì)走動(dòng)的機(jī)器人的最多才多藝的設(shè)定之一。兩足動(dòng)物結(jié)構(gòu)，使機(jī)器人即使在有臺(tái)階或障礙等的環(huán)境里也具備和人幾乎同樣的可支配的機(jī)械裝置。然而，介入的

4、動(dòng)力學(xué)是高度非線性，復(fù)雜和不穩(wěn)定的。因此，它是引入模仿人體行走的最大的困難。模仿人體行走是一個(gè)可觀的研究領(lǐng)域（1） 。與產(chǎn)業(yè)機(jī)器人的操作器相比，一個(gè)走動(dòng)的機(jī)器人和地面之間的相互作用是復(fù)雜的。在這種相互作用的控制上零刻點(diǎn)(ZMP) [2]概念被證明是有用的。在 ZMP 的彈道的幫助下機(jī)器人的腳在步行期間的行動(dòng)是受其穩(wěn)定性信息的誘導(dǎo)的。使用 ZMP 我們可以整合兩足的機(jī)器人的走的模式并用實(shí)際機(jī)器人示范行走行為。 因此，ZMP 標(biāo)準(zhǔn)決定了一個(gè)

5、兩足的機(jī)器人的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。ZMP 代表地面反作用力被采取發(fā)生的點(diǎn)。使用機(jī)器人的模型，ZMP 的地點(diǎn)可以被計(jì)算。然而，ZMP 價(jià)值指標(biāo)與計(jì)算值價(jià)值指標(biāo)之間有很大偏差也是有可能的，這是因?yàn)槲锢韰⒘康钠钤跀?shù)學(xué)模型和實(shí)際機(jī)器之間。 因此，實(shí)際 ZMP 是應(yīng)該測(cè)量的，尤其是在它作為穩(wěn)定行走的控制參數(shù)時(shí)。在這項(xiàng)工作中，實(shí)際 ZMP 整周期走動(dòng)數(shù)據(jù)是通過(guò)一個(gè)實(shí)用兩足走動(dòng)機(jī)器人獲得的。機(jī)器人將在水平基準(zhǔn)面和 10 度傾斜面上被測(cè)試。一個(gè)適應(yīng)性神經(jīng)模糊

6、系統(tǒng)(ANFS)將被用于控制一個(gè)復(fù)雜的真正的有兩足的走動(dòng)機(jī)器人，以便于 ZMP 的建模，使其能應(yīng)用與控制中。2 有兩足的走動(dòng)機(jī)器人2.1 有兩足的走動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)我們?cè)O(shè)計(jì)了并且制造了如圖 1 所示的有兩足的走動(dòng)機(jī)器人。 機(jī)器人有 19 聯(lián)接。 機(jī)器人的關(guān)鍵尺寸如圖 1 所示.高度 308mm,總重量約為 1700 g，包括個(gè)別電池。 通過(guò)使用鋁制結(jié)構(gòu)使機(jī)器人的重量減到了最小。每一個(gè)聯(lián)接都由一個(gè)遙控裝置控制，這個(gè)遙控裝置包括一個(gè)直流馬達(dá)、

7、齒輪和一個(gè)簡(jiǎn)單的控制器。每一臺(tái)遙控裝置都安裝在聯(lián)接結(jié)構(gòu)上。 這個(gè)結(jié)構(gòu)保證機(jī)器人是穩(wěn)定的(即不會(huì)容易跌倒)并且給了機(jī)器人一個(gè)人類的外型。 我們的機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。機(jī)器人能在平面或小斜度面以 1.4s 一步，每步 48mm 的速度行走。機(jī)器人的配置如表一所示。機(jī)器人的行走動(dòng)作如圖 3–6 所示。圖 3、4 分別為機(jī)器人在平面行走時(shí)正視圖和側(cè)視建模的表現(xiàn)形式取決于用于建模的表示結(jié)果的多項(xiàng)式的種類。 而且，我們可以為模糊規(guī)則的前期部

8、分的模糊嵌入拓展各種各樣單元作用(MFs)，例如三角和高斯。 這些是為算式貢獻(xiàn)可行方法另一個(gè)因素。多項(xiàng)式的種類如下是建模系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖 17 所示。 提出的方法首先用于建模，而后用于控制一個(gè)實(shí)際的兩足結(jié)構(gòu)行走機(jī)器人。為了得到模糊建模系統(tǒng)的模糊規(guī)則，我們必須記錄一個(gè)非線性系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)是通過(guò)兩足行走機(jī)器人的十個(gè)輸入變量產(chǎn)生的模糊坐標(biāo)建立的，每個(gè)輸入變量會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)模糊坐標(biāo)。模糊建模的 if-then 法規(guī)如下：在式中 Ai，Bi，…J

9、1，在規(guī)則的假設(shè)部分中起到語(yǔ)言上判斷的作用，分別結(jié)合輸入變量x1， x2， …， x10。 fj (x1、x2、…， x10); 是常數(shù),或者 jth 規(guī)則的已知結(jié)果多項(xiàng)式函數(shù)。如圖 18 所示， 檢定了 MFs 的二種類型。 一個(gè)是三角式，另一個(gè)是高斯式。圖 19 是適應(yīng)性神經(jīng)模糊系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，考慮到讓它等同于十輸入模糊模型。在這個(gè)系統(tǒng)中假設(shè)每個(gè)輸入有兩個(gè)模糊值與它對(duì)應(yīng)，如圖 18 所示。標(biāo)記 P 的值給出的是所有輸入信號(hào)的乘積， ，

10、而這些標(biāo)記的 N 的值計(jì)算的是某一確定的反作用力與總反作用力之和的比。關(guān)于如何使 ANFIS 參量變化，我們使用梯度下降算法或一種遞歸最小平方的估計(jì)算法重復(fù)調(diào)整前提和結(jié)果參量。 然而，我們不使用復(fù)雜雜種學(xué)習(xí)算法，反而使用一般最小平方的估計(jì)算法并且只確定結(jié)果多項(xiàng)式函數(shù)的趨勢(shì)。3.2 模仿結(jié)果使用 ANFS，模型大致建成了。 然后準(zhǔn)確性在中間領(lǐng)域誤差（MSE）中被量化了。ANFS 系統(tǒng)被申請(qǐng)為兩足走動(dòng)機(jī)器人的 ZMP 彈道建模，通過(guò)運(yùn)用機(jī)

11、器人測(cè)量傳出的數(shù)據(jù)。ANFS 的表現(xiàn)取決于 MF 的機(jī)警性和模糊規(guī)則的結(jié)果輸出。從我們的機(jī)器人輸出的 ZMP 彈道數(shù)據(jù)（如附錄的圖 32－41 所示）將用于過(guò)程參量。當(dāng)三角和高斯 MFs 用于前提部分或用于結(jié)果部分的不變參數(shù)，那么相應(yīng)的 MSE 值列在表 3 中。我們?cè)趫D 20－25 中繪出了我們的結(jié)果。由 ANFS 產(chǎn)生的 ZMP 彈道圖如圖 20，22，24 所示分別為水平基準(zhǔn)面的行走圖，10 度傾斜面下行圖和 10 度傾斜面上行圖

12、。在圖21，23，25，我們可以看見(jiàn)由 ANFS 產(chǎn)生的相應(yīng)的 ZMP 彈道。簡(jiǎn)而言之，兩個(gè)膝蓋的過(guò)程參數(shù)可以被忽略。 作為結(jié)果，我們可以減少模糊規(guī)則的維度和從而降低計(jì)算負(fù)擔(dān)。 在這種情況下 ANFS 的仿真條件和它對(duì)應(yīng)的 MSE（均方的誤差）價(jià)值在表 4 列出。從給出的模仿結(jié)果的圖和表中，我們能看到從模糊系統(tǒng)得到的 ZMP 彈道非常類似于我們的行走機(jī)器人所測(cè)量出的實(shí)際 ZMP 彈道（如圖 11－16 所示） 。ANFS 被展示的高準(zhǔn)