自适应控制的相关算法

智能跑步机平台的运动控制

摘要：这个智能跑步机是一个促动平台，在虚拟现实的探索中允许步行用户不受约束的运动，该平台由通过球阵列地毯覆盖和安装在转盘的线性跑步机，及配备有用于线性和角运动两个致动装置。这个平台的主要控制任务是让步行者始终在平台的中心，同时抵消他任意走动

然后满足感知的约束。这个平台的控制问题也不小，由于运动系统中是不完全约束的。文章的第一部分是描述智能平台的运动控制装备的设计，线性运动和角运动平台的速度的控制输入和反馈是基于步行者通过外部视觉跟踪系统测量而获得。通常，基于观察者的干扰和步行者的随意速度，我们结合了反馈和前反馈，提出全球稳定控制项目。我们同样讨论了加速度和动力影响步行者的运动控制。文章的第二部分是致力于全面系统的实际运用上。作为最终全面平台的概念证明，机器的设计和智能跑步机的一个小规模实现原型的呈现，以及通过使用的全方位相机来获得人的助行器的平台上的位置的视觉定位方法。为了得到有效的运动控制设计建议，一系列的运动任务演示实验结果是报告和讨论使用了一个很小的运动跟踪器来呈现。

关键词：观察者的干扰，输入输出反馈，线性，原地运动平台，运动控制，不完整的系统，虚拟现实，视觉跟踪。

1、介绍

全向运动平台使用在虚拟现实上的探索，最终的目标是在虚拟现实场景中使用者完全沉浸于其中，我们头戴式显示器，很自然的速度自由行走任何方向，当我们保持着身体的平台运动范围和不需要任何穿戴的限制装备。比如追踪步行者位置和步调特征。用这种方式支持当地运动，这个平台抵消步行者的任意运动，以保持步伐一致。所以，联系观察者对步行者的影响，考虑输入指令的限制，避免使用者沉浸时的干扰。这就是欧洲探寻只能跑步机工作的主要任务。

不同的运动允许人们行走在虚拟环境中界面存在。很多情况，运动限制在1D线性跑步机上，有点像运输平台，用户由一个线束约束应用稳定特性和其他虚拟特效。为了适应微小缓慢的方向改变，这个跑步机将安装在转换平台上。另一种不同的方法是采取环形通道，这些活跃的移动转随着脚移动。再者，这些步行者需要避免快速的转换和高速度。对于在2D 无限制的平台上行走，全向跑步机上回使用两个垂直的方向带和很大的环形，而实施圆环状带排列在圆环跑步机。由于控制系统的缺陷，两种机构系统都需要允许限制速度。更多的是机械的实现受到限制是由于大量的运动片段。这种问题是不存在想智能领域的无源器件。然而，步行者的自然性是由球形地板内曲率的限定。过去常常使用二者选一的原则，这个输送带和旋转平台输送的运动通过球阵列板来认识2D平面跑步机。在球形列放置在一个凹面上不动，但是有传感器仪器检测角接触。

这个智能跑步机工程中，两个不同的运动概念已经提出一个平面上考虑无限制的2D行走。全向带阵智能跑步机平台，和球阵智能跑步机平台。这两个情形，根据项目的需要我们希望消除使用物理限制在脚上，身体上，和使用者的大腿上，同样我们避免在人们步调上的模型的经验和证明是需要的。在使用者的移动，技术可行性和视觉的影响，这两个平台概念已经分析和提取过。

在这篇文章中，我们集中研究智能跑步机和他运动控制上的问题。这个运动平台使用传输带和转换平台的传递运输和行走者通过球形阵列板的角运动。旋转球被装配成阵列，并与带接触，从而使在传送带上的底层点的相反方向的基板的移动用户，参见图图1（a）。行走者将会用一个自然的方式和可以进行任何平面方向上的移动。实际上，这个平台控制者将会遇到行走者被拉拽到平台中心情况，然而要考虑可接受的速度和加速度的范围。身体的姿势在地毯上需要通过使用全方位相机的可视系统进行标记跟踪。

作为Cybercarpet原则概念的验证，一个直径为0.8米的小模型已经做好，全部的系统模型展现在图2中。通过人们使用VR的探索中发现，这个平台的尺寸确实不太适合，全部

的系统已经证明要考虑现实尺寸的要求和挑战。实际上，当前的机器构造已经能满足使用者的大重量要求。更多的是，我们提议控制的设计要求直接控制增加这个平台的大尺寸和行走的速度，和在我运动中，我们充分考虑如何让加速度的控制得以实现。最后这个视觉跟踪的云孙法则已经在人们行走中实验过和被证明w.r.t 他的姿势的改变是健康的。为了展示这个平台的控制系统有效，我们报道了实验结果，一个安装在移动机器人的画面来计算实际使用者的运动。

从控制的观点来说，最挑战性的事是由于系统的运动模型相对于其他1D 和2D 的全方位的运动平台是非线性的，这是包含系统不完全限制的瞬时速度。然而这个平台对于使用者来说没能提供足够的移动空间，我们建辉设计一个获得顺利和从任何最初的构造中得到行走者最初的位置的全方位规律的定律。起初工作者在局域运动很少关注控制事件和运算法则，大部分依靠简单的PID 控制规律和试探性工作。没有一个平台除1D 跑步机外，目前还没有考虑系统的稳定性。在者，在2D 的演示中仅可预测在低速和连续单方向上改变的运动限制。通过对比,一个完整的控制系统,展现在2Dcybercarpet 平台和闭环演示的详细的分析是一起的。一个实验结果是包含有效的方法。

这篇文章的结构如下，第一部分，我们展示我们控制包含这个cyberwalk 项目设备的方法。这个cyberwalk 凭条的运动模型是在第二部分给出，和指出对于不完全运动机器人控制的二元性问题。在第三部分中，我们提出基于输入输出尖肉振波和线性速度的控制，这个展示了一个可以被接受全面的试验，但是这个是一直通过一些全面稳定结果异常因素的影响。这个速度控制项目稳定性的修改是为了避免一些异常情况，基于一些行走者的速度被无意的干扰，增加使用的反馈动作。控制器的试验是更加满意的和首次运用有限元进行分析。最后一个简单的方法在倾向在这个设计中，通过考虑加速度输入的控制将在第四部分进行讨论。通22x y 含的一些经验在第五部分可以看到。

文章的第二部分致力于物理特性研究和小规模的测试，和完成cybercarpet 原型设立。第五部分描述了机器的设计和硬件实现。第六部分在微小筛选中描述了在平台的行走者的绝对坐标定位的可视轨迹的运算法则。试验结果得出在第七部分，这里说明了完成速度水平的控制法则包含在集成的系统中。所有试验的视频包含在这文章完成的材料中，和可进入的网站http//www.dis.uniromal.it/labrob/reshearch/CW.html 一起的视频。总结出来就是将来的工作将会在最后一个章节讨论，包含着对照全向带阵cyberwalk 平台。

II 运动学模型

由于这个cybercarpet 的球阵的表面，任何在带虾苗的实际运动将会导致强加在平台的步行者一个反方向运转，一个向前运动的要求将会让使用者向后运动，和由于行走者的脚和球阵的多种联系，一个顺时针的旋转将会转换成逆时针的运动。