一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )感知器的雙足行走機器人穩定性控制方法

摘 要：本文利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )感知器和安裝在機器人腳底的力傳感器，測知機器人重心的位置，控制機器人重心在雙腳的支撐面內，以使機器人穩定。本文提出的雙足行走機器人穩定性控制方案是簡(jiǎn)單易行的。
關(guān)鍵詞：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò ) 感知器 雙足行走機器人 穩定性控制

1 引言
人作為雙足行走生物，是在長(cháng)期的生物進(jìn)化過(guò)程中形成的。人能夠不自覺(jué)地保持身體的直立性和平衡性，不論是在靜止不動(dòng)還是在行走過(guò)程中。一旦失去平衡，人就會(huì )產(chǎn)生相應的動(dòng)作，使身體保持平衡。例如，在靜止時(shí)，當人的重心偏向一側時(shí)，就會(huì )不自覺(jué)地向該側跨出一腳，以使重心位置落于支撐面內。這里，支撐面定義為兩腳之間的面積以及兩腳的面積。當重心落于支撐面內時(shí)，就不會(huì )傾倒。再如，在行走過(guò)程中，人的重心不斷向前移動(dòng)，超出了兩腳尖的位置，迫使人向前邁出腳，這樣才使人的行走成為可能，使人的行走自然流暢。因此，控制機器人重心的位置及重心位置的速度，是機器人保持穩定及產(chǎn)生有效步態(tài)的關(guān)鍵。本文就是控制機器人的重心位置，使其落于支撐面內，從而達到了機器人穩定性控制的目的。機器人的重心可以由安裝在機器人腳底的力傳感器測知。當重心偏向一側，這一側的傳感器輸出偏大，相反的一側的力傳感器等于零，或趨近于零。本文用感知器來(lái)感知機器人重心位置的變化，當重心超出支撐面時(shí)，系統將發(fā)出動(dòng)作指令，使機器人保持穩定。
本文采用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )感知器(Perception)是最簡(jiǎn)單的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，它是FRosenblatt于1958年提出的具有自學(xué)習能力的感知器。在這種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )中，記憶的信息存儲在連接權上，外部刺激通過(guò)連接通道自動(dòng)激活相應的神經(jīng)元，以達到自動(dòng)識別的目的。感知器模型如圖1所示，通常由感知層S(Sensory)、連接層A(Association)和反應層構成R(Response)。

2 人工神經(jīng)元感知器的學(xué)習算法
可以用下面的方法訓練網(wǎng)絡(luò )：
(1)初始化S層至連接層(A層)的連接權矩陣

中的各個(gè)元素及Ａ層各單元的閥值賦予［－１，＋１］之間的隨機值，一般情況下vij＝１θj＝０i＝１，２，Λ，pj＝１，２，Λ，n且在整個(gè)學(xué)習過(guò)程中保持固定不變。
Ａ層至輸出層(R層)的連接權矩陣

中的各個(gè)元素及Ｓ層各單元的閥值θ＝［θ１θ２Λθq］賦予［-1，+1］之間的隨機值。