Điều khiển lai hở vòng – kín vòng cho cân bằng người – robot khi hỗ trợ chuyển tư thế đứng với chân robot bổ trợ

( 0 đánh giá )
Miễn phí

Hệ XRL gồm hai chân robot 6 bậc tự do gắn vào “thân” mang ba lô tải (bình khí, pin) và nối với người qua harness cảm biến lực–mô-men 6D. Nhiệm vụ khó nhất là khi hạ thấp xuống để làm việc gần mặt đất: robot phải vừa đỡ tải, vừa giữ thăng bằng, đồng thời để người quyết định tốc độ và góc cúi.

 

Kiến trúc HOCCA chia không gian tác vụ V₆ thành hai miền trực giao: 

  • Vc (kín vòng): các thành phần cần cố định (dịch ngang X–Y COM, cuộn/yaw thân) để giữ ổn định. 
  • - Vo (hở vòng): các thành phần để người tự điều khiển (cao Z, pitch thân).

Trong miền Vo, đặt tham chiếu vị trí bằng giá trị đo hiện tại (ảo “ngắt vòng kín”) để bộ điều khiển khớp không phản kháng chuyển động người. Trong miền Vc, dùng PD để điều chỉnh về giá trị mong muốn. Lực/mô-men hỗ trợ (trợ lực nâng Z, bù trọng lực) trong Vo được phân phối xuống mô-men khớp qua Jacobi.

 

Từ tham chiếu tác vụ p_ref = p_c + p_o, giải IK để ra q_ref. Từ ma trận cứng và dập tắt mong muốn trong tác vụ (Kp, Bp), dùng quan hệ Jacobi và hạng tử Hessian để tính cứng/dập tắt khớp (Kq, Bq). Thêm thành phần K₀, B₀ dương xác định trên nullspace để ổn định và giữ hành vi mong muốn ở vùng không điều khiển.

 

Triển khai phân tán: mỗi khớp có vòng điều khiển PD nội tại với thành phần đường chéo của Kq, Bq (đủ đảm bảo ổn định khi mất liên lạc với bộ điều khiển trung tâm). Thành phần chéo (liên kết khớp) và mô-men hở vòng T₀ được tính ở bộ điều khiển trung tâm và gửi xuống khi liên lạc bình thường.

 

Ứng dụng XRL:

  • Không gian tác vụ gồm (X_COM, Y_COM, Z_COM, roll, pitch, yaw_thân); S chọn Vo gồm (Z_COM, pitch) cho người điều khiển; S- chọn Vc cho robot điều khiển.
  • - Lực hỗ trợ hở vòng Fo = (m_tổng·g + F_assist)·ẑ_body.
  • - Tính toán độ cứng tối thiểu Kx_min để tránh lật theo giới hạn moment cổ chân khi COM ở mép đa giác hỗ trợ; chọn hệ số an toàn cao hơn trong thực tế.

Thử nghiệm nguyên mẫu: vận hành squat với người “dẫn nhịp” qua tay cầm; robot giữ COM X–Y và ổn định roll/yaw, áp trợ lực Z và cho phép thay đổi pitch; mô phỏng mất kết nối sau 10s nhưng hệ vẫn ổn định nhờ điều khiển phân tán khớp.