Adaptive Gait Generation for Spider Robots Using NARX Model Combining Evolutionary Neural Network Model

Abstract

Dáng đi đóng vai trò quyết định về hiệu suất đi bộ của robot có chân. Hiện nay, tạo dáng vẫn là bài toán rất khó vì kỹ thuật hiện tại chưa tiếp cận được một cách chi tiết về kết cấu vô cùng phức tạp và sự vận động rất tinh vi của các động vật có chân. Bài báo này, đề xuất mô hình tạo dáng đi (WPG) để robot nhện bước đi thẳng bám theo quỹ đạo ZMP tham chiếu được thiết kế trong 2 chu kỳ bước với hai tốc độ khác nhau. Đầu tiên, mô hình mạng nơ-rôn tiến hoá hồi quy phi tuyến (NARX+EANN) được thiết kế để nhận dạng các tham số dáng đi của spider robot và cấp cho bộ tạo mẫu đi bộ (WPG). Kế tiếp, bộ tạo mẫu dáng đi (WPG) mới chỉ phụ thuộc vào bốn tham số (chiều dài bước, độ nhấc chân, độ khụy gối, độ sải chân) của robot nhện kích thước nhỏ được thiết kế, bằng cách dựa vào phân tích dáng đi thực tế của robot nhện và phân tích động học. Đồng thời, 12 quỹ đạo góc khớp tại bốn chân của robot nhện sẽ được xác định từ quỹ đạo của hông và quỹ đạo của bàn chân tại bốn chân của robot nhện thông qua giải bài toán động học ngược bằng phương pháp giải tích. Sau đó, các trọng số tối ưu của mô hình NARX+EANN được nhận dạng bằng cách sử dụng thuật toán tối ưu Jaya để huấn luyện với hàm mục tiêu là cực tiểu hoá tổng sai số giữa tọa độ ZMP thực tế với ZMP tham chiếu trong hai chu kỳ bước có tốc độ khác nhau. Điểm ZMP thực tế được xác định bằng cách dựa vào 12 quỹ đạo góc khớp tại bốn chân của robot nhện thông qua giải bài toán động học thuận sử dụng phương pháp giải tích. Cuối cùng, đề xuất này được áp dụng vào mô hình thực nghiệm robot nhện B3-SBOT. Kết quả thu được chứng tỏ rằng B3-SBOT bước đi vững chắc và mạnh mẽ mà không nghiêng ngã theo sát quỹ đạo ZMP tham chiếu được thiết kế trong 2 chu kỳ bước với hai tốc độ khác nhau.