基于大數(shù)據(jù)聚類的機(jī)器人步態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　摘要：為提高機(jī)器人關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)靈活性，使其具有更快、更穩(wěn)的步行能力，設(shè)計(jì)基于大數(shù)據(jù)聚類的機(jī)器人步態(tài)控制系統(tǒng)。通過(guò)傳感器設(shè)備為主處理器元件、舵機(jī)控制板提供足量的傳輸電信號(hào)，完成機(jī)器人步態(tài)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。定義關(guān)鍵的關(guān)節(jié)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)建立適應(yīng)度函數(shù)的方式，實(shí)現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)聚類的步態(tài)節(jié)點(diǎn)安排。分別從支撐腿運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、擺動(dòng)腿運(yùn)動(dòng)規(guī)劃兩方面著手，收集大量的步態(tài)運(yùn)動(dòng)信息，再聯(lián)合已知函數(shù)條件，對(duì)機(jī)器人關(guān)節(jié)角度進(jìn)行求解，完成機(jī)器人行進(jìn)步態(tài)的規(guī)劃與處理，實(shí)現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)聚類機(jī)器人步態(tài)控制系統(tǒng)的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)將所得關(guān)節(jié)彎曲次數(shù)、角度值與理想數(shù)值對(duì)比可知，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)位姿標(biāo)定情況下關(guān)節(jié)彎曲次數(shù)值大、角度值小，機(jī)器人關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)靈活性水平高，具有相對(duì)穩(wěn)定的步行運(yùn)動(dòng)能力。

　　關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)聚類;機(jī)器人;步態(tài)控制;適應(yīng)度函數(shù);支撐腿;擺動(dòng)腿;關(guān)節(jié)角度

　　李瑩; 申麗芳， 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制 發(fā)表時(shí)間：2021-11-18

　　0 引言

　　針對(duì)于定向性信息來(lái)說(shuō)，大數(shù)據(jù)具有快速增長(zhǎng)的變化能力，且其從屬?gòu)?fù)雜度也會(huì)隨網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的改變而產(chǎn)生變化。大數(shù)據(jù)可以看作是當(dāng)數(shù)據(jù)規(guī)模擴(kuò)大到一定程度后，而產(chǎn)生的信息量質(zhì)變行為，同時(shí)包含多種數(shù)據(jù)信息類型，不但涉及文字、圖像等傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化信息，也包含聲音、視頻等連續(xù)的新型非結(jié)構(gòu)化信息，且與其他類型的數(shù)據(jù)參量相比，大數(shù)據(jù)在傳輸時(shí)間方面的應(yīng)用要求更高[1-2]。從范圍空間的角度來(lái)看，大數(shù)據(jù)信息以整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)空間作為提取背景，特別是針對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)等應(yīng)用問(wèn)題來(lái)說(shuō)，大數(shù)據(jù)參量所能提供的參考信息更多，不僅能夠保障相關(guān)函數(shù)公式定義的運(yùn)算有效性，也可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)環(huán)境的較好完善[3]。

　　傳統(tǒng)機(jī)器人步態(tài)控制系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際工作中，例如文獻(xiàn)[4]提出逆運(yùn)動(dòng)學(xué)控制系統(tǒng)，在硬件方面采用 TMS320VC5509A 設(shè)備作為設(shè)計(jì)核心，結(jié)合測(cè)距傳感器、壓力傳感器、慣性傳感器等元件對(duì)步態(tài)數(shù)據(jù)的采集時(shí)序進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，再通過(guò)姿態(tài)解算的方式，確定運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的角度與速度數(shù)值。然而此系統(tǒng)所標(biāo)定的機(jī)器人行為位姿角度過(guò)大，易使其關(guān)節(jié)靈活性受到影響，從而使得機(jī)器人步行能力受到影響。文獻(xiàn)[5]提出基于電容式觸覺(jué)傳感器的機(jī)器人步態(tài)控制系統(tǒng)，利用電容式觸覺(jué)傳感器采集測(cè)量參數(shù)，包括機(jī)器人運(yùn)動(dòng)峰值法向力的大小和時(shí)間，以及腿部旋轉(zhuǎn)速度，當(dāng)機(jī)器人穿越不同類型的地形時(shí)，傳感器會(huì)測(cè)量接觸力，基于步態(tài)性能研究，通過(guò)實(shí)時(shí)地形分類實(shí)現(xiàn)了基于地形的步態(tài)控制。該系統(tǒng)位姿標(biāo)定較為準(zhǔn)確，但機(jī)器人步態(tài)控制的運(yùn)動(dòng)靈活性水平較差。

　　針對(duì)此問(wèn)題，引入大數(shù)據(jù)聚類思想，設(shè)計(jì)新型的機(jī)器人步態(tài)控制系統(tǒng)，利用舵機(jī)控制板、傳感器電路等設(shè)備元件，規(guī)劃?rùn)C(jī)器人支撐腿、擺動(dòng)腿的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)行為，再結(jié)合聚類算法的適應(yīng)度函數(shù)條件，實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)節(jié)角度的計(jì)算與求解。

　　1 機(jī)器人步態(tài)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

　　機(jī)器人步態(tài)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)應(yīng)從傳感器設(shè)備、主處理器元件、舵機(jī)控制板三個(gè)角度同時(shí)進(jìn)行，具體操作方法如下。

　　1.1 傳感器設(shè)備

　　為了完成對(duì)機(jī)器人行走步態(tài)位姿的實(shí)時(shí)修正與控制，需要不斷獲取機(jī)器人行為及其所處周圍環(huán)境的具體信息，在此過(guò)程中，傳感器設(shè)備起到了至關(guān)重要的調(diào)節(jié)作用，且只有在多級(jí)傳感器元件的共同配合之下，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人步態(tài)信息的按需處理[6]。利用九軸傳感器采集機(jī)器人步態(tài)位姿信息，結(jié)合壓力元件了解足底與地面之間的接觸情況，再通過(guò)大數(shù)據(jù)聚類算法將已獲取的信息發(fā)送給下級(jí)舵機(jī)控制板設(shè)備。

　　(1)九軸傳感器

　　MPU9250 是九軸傳感器的核心組成元件，如圖 1 所示，由兩部分應(yīng)用結(jié)構(gòu)共同組成。其中一組為單獨(dú)的 3 軸磁力計(jì)，另一組為 3 軸加速度計(jì)與陀螺儀的連接組合。這種傳感設(shè)備的物理體積較為小巧，擁有 SPI、IIC 兩種最基本的數(shù)據(jù)通信方式。

　　傳感器內(nèi)部具有完整的 16 位 ADC，對(duì)于數(shù)據(jù)型電量輸出信號(hào)來(lái)說(shuō)，元件結(jié)構(gòu)為其匹配的可測(cè)參量范圍相對(duì)較為廣泛。機(jī)器人步態(tài)控制系統(tǒng)利用 IIC 總線讀取 MPU9250 中的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息，主要引腳功能如下：

　　(2)紅外測(cè)距傳感器

　　紅外測(cè)距傳感器安裝于機(jī)器人頭部舵機(jī)中，可通過(guò)舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)自測(cè)來(lái)判斷機(jī)器人前方運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)是否具有障礙物[7]。傳感器元件的應(yīng)用遵循三角測(cè)量原理，根據(jù)障礙物所處位置的不同，所發(fā)出測(cè)距信號(hào)的返回接收位置也有所不同。

　　(3)壓力傳感器

　　壓力傳感器外附著一層電阻式薄膜，可用來(lái)判斷機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中腳底是否與地面接觸，具有重量級(jí)輕、體積小的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)。

　　1.2 主處理器元件

　　考慮到機(jī)器人步態(tài)控制系統(tǒng)的響應(yīng)與集成要求，應(yīng)選擇 TMS320VC5509A 作為主處理器元件的核心應(yīng)用芯片，如圖 1 所示。TMS320VC5509A 芯片可將信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字傳輸信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行后續(xù)的傳遞與處理，具有相對(duì)高速的應(yīng)用特點(diǎn)。External Memory Interface 主操控結(jié)構(gòu)可通過(guò)片選信號(hào)的方式，對(duì)隸屬于芯片外部的存儲(chǔ)空間進(jìn)行選用，且由于 GPIO、EHPI、Syspem、McBSP、 RTC 等多個(gè)接口的同時(shí)存在，控制系統(tǒng)主處理器元件可直接將舵機(jī)控制板由同步狀態(tài)調(diào)制至異步狀態(tài)，也可實(shí)現(xiàn)反向調(diào)制[8-9]。

　　從宏觀性角度來(lái)看，主處理器元件的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

　　1.集成性能良好：主處理器元件內(nèi)集成了多組信號(hào)通訊模塊，可在主電源支持下，實(shí)現(xiàn)由機(jī)器人步態(tài)控制數(shù)據(jù)到控制信號(hào)的轉(zhuǎn)換。

　　2.運(yùn)行速度較快：C55 DSP Core 芯片可快速采集機(jī)器人步態(tài)行進(jìn)指令，且大多數(shù)指令都可在同一信號(hào)處理周期內(nèi)完成調(diào)整，因此主處理器元件可對(duì)機(jī)器人前進(jìn)行為進(jìn)行有效的中斷控制。

　　3.穩(wěn)定能力強(qiáng)、運(yùn)算精度高：在主處理器元件中， TMS320VC5509A 芯片通常都擁有獨(dú)立的高精度并行乘法器設(shè)備與之配套，且所有與機(jī)器人步態(tài)行為相關(guān)的指令都是針對(duì)該模塊專門設(shè)計(jì)的。

　　4.接口覆蓋量大：為便于與下級(jí)控制設(shè)備建立穩(wěn)定的連接關(guān)系，主處理器元件設(shè)置 6-Chan DMA、INT、 JTAG 等多個(gè)接口組織，在機(jī)器人運(yùn)行過(guò)程中，這些接口同時(shí)接受 C55 DSP Core 主芯片的調(diào)度，因此其應(yīng)用能力始終保持高度的一致性。

　　1.3 舵機(jī)控制板

　　單純的 TMS320VC5509A 芯片在機(jī)器人步態(tài)控制方面的應(yīng)用能力較為薄弱，若將其直接與 19 路舵機(jī)關(guān)聯(lián)起來(lái)，則會(huì)顯得機(jī)器人的前進(jìn)步態(tài)過(guò)于不穩(wěn)定[10]。因此，在新型機(jī)器人步態(tài)控制系統(tǒng)中，將驅(qū)動(dòng)舵機(jī)的任務(wù)分配給了應(yīng)用級(jí)別更高的舵機(jī)控制板元件，當(dāng)使用 DSP 指令發(fā)送模式時(shí)，舵機(jī)板可代替獨(dú)立的 19 路舵機(jī)對(duì)信號(hào)傳輸行為進(jìn)行控制，從而形成一種完整的“兩級(jí)”連接結(jié)構(gòu)，其電路原理圖如圖 2 所示。

　　SSC-32U 以 ATmega328 作為主控元件，在接收到上位機(jī)控制指令后，可以對(duì)下級(jí)舵機(jī)設(shè)備進(jìn)行同步驅(qū)動(dòng)，與 TMS320VC5509A 芯片相比，其負(fù)載能力更強(qiáng)，在作用過(guò)程中，不限制舵機(jī)設(shè)備的實(shí)際連接形式。由于 ATmega328 元件的存在，整個(gè) SSC-32U 芯片外部的驅(qū)動(dòng)電壓始終保持為穩(wěn)定數(shù)值[11]。針對(duì)于機(jī)器人步行運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)，SSC-32U 型舵機(jī)控制板輸出的信號(hào)數(shù)據(jù)同時(shí)包含舵機(jī)角度、轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間的物理信息。一般情況下，各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)與停止能夠保持高度統(tǒng)一的狀態(tài)，但若僅改變一個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)角度數(shù)值，通過(guò)操作舵機(jī)控制板也是可以直接實(shí)現(xiàn)的。

　　2 基于大數(shù)據(jù)聚類的步態(tài)節(jié)點(diǎn)安排

　　按照機(jī)器人步態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，通過(guò)定義關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的方式，建立關(guān)鍵的適應(yīng)度函數(shù)條件，完成基于大數(shù)據(jù)聚類的機(jī)器人步態(tài)節(jié)點(diǎn)安排。

　　2.1 大數(shù)據(jù)聚類關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)定義

　　在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，關(guān)鍵聚類節(jié)點(diǎn)有兩種表現(xiàn)形式，一種是通過(guò)破壞原節(jié)點(diǎn)，推斷網(wǎng)絡(luò)受到的影響，一般來(lái)說(shuō)影響能力越大，代表該節(jié)點(diǎn)越重要;另一種是通過(guò)分析節(jié)點(diǎn)密度等特性來(lái)反映網(wǎng)絡(luò)的重要性能力，并通過(guò)擴(kuò)大原節(jié)點(diǎn)顯著性等級(jí)的方式，來(lái)判斷該節(jié)點(diǎn)是否為關(guān)鍵聚類節(jié)點(diǎn)。在機(jī)器人步態(tài)控制系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)聚類需要消耗大量的處理時(shí)間，因此可作為定義關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的重要物理指標(biāo)[12-13]。為實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人步態(tài)行為的最大化調(diào)度，默認(rèn)所有關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)都處在互聯(lián)網(wǎng)中部，且為使定義時(shí)間長(zhǎng)度得到有效控制，應(yīng)將大數(shù)據(jù)聚類看作一種簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)信息堆疊行為，且隨著待處理數(shù)據(jù)量的增大，聚類堆疊的處理層數(shù)值也會(huì)不斷增大。設(shè) min e 代表最小的信息聚類系數(shù)， max e 代表最大的信息聚類系數(shù)，在機(jī)器人行進(jìn)步數(shù)為 n 的條件下，可將關(guān)鍵大數(shù)據(jù)聚類節(jié)點(diǎn)表達(dá)式定義為：

　　其中，?1 表示第一個(gè)行進(jìn)步態(tài)指標(biāo)，?n 表示第 n 個(gè)行進(jìn)步態(tài)指標(biāo)， f 表示聚類節(jié)點(diǎn)篩查條件，?T 表示聚類節(jié)點(diǎn)的單位篩查時(shí)長(zhǎng)。

　　2.2 適應(yīng)度函數(shù)

　　適應(yīng)度函數(shù)對(duì)大數(shù)據(jù)聚類算法起到了極強(qiáng)約束作用，可根據(jù)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)定義條件，規(guī)劃步態(tài)節(jié)點(diǎn)在后續(xù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所處的分布位置，從而為機(jī)器人選取一條相對(duì)可靠的行進(jìn)路線。受到舵機(jī)控制板元件的影響，適應(yīng)度函數(shù)作用能力應(yīng)呈現(xiàn)范圍式存在狀態(tài)，即在固定運(yùn)動(dòng)區(qū)域環(huán)境中，由于適應(yīng)度函數(shù)的存在，機(jī)器人前進(jìn)步態(tài)不會(huì)與預(yù)設(shè)情況出現(xiàn)較大偏差[14-15]。設(shè) L 代表固定運(yùn)動(dòng)區(qū)域的面積數(shù)值， h 代表機(jī)器人前進(jìn)長(zhǎng)度， d 代表機(jī)器人支撐腿與擺動(dòng)腿之間的物理寬度值，聯(lián)立公式(1)，可將大數(shù)據(jù)聚類算法的適應(yīng)度函數(shù)條件定義為：上式中， sech 表示雙曲函數(shù)，?表示聚類約束標(biāo)準(zhǔn)， k 表示大數(shù)據(jù)聚類的處理基向量， E 表示范圍化聚類系數(shù)，?表示與舵機(jī)板元件匹配的機(jī)器人步態(tài)控制系數(shù)， q 表示步態(tài)控制量均值。

　　3 機(jī)器人行進(jìn)步態(tài)規(guī)劃

　　3.1 支撐腿運(yùn)動(dòng)規(guī)劃

　　設(shè) t 代表一個(gè)機(jī)器人步態(tài)運(yùn)行周期的消耗時(shí)長(zhǎng)。在前 2 t 時(shí)間內(nèi)，若機(jī)器人出現(xiàn)右傾行為，則判定右腿作為支撐腿、左腿作為擺動(dòng)腿。根據(jù)機(jī)器人自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可知，應(yīng)采用大數(shù)據(jù)聚類算法對(duì)其腳步與小腿連接位置進(jìn)行力學(xué)分析[16-17]。為使機(jī)器人在 X 軸方向上保持平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，避免產(chǎn)生不必要的外部沖擊力，可將機(jī)器人力學(xué)質(zhì)心在運(yùn)行平面內(nèi)的變化軌跡等效成為完整的正弦曲線，規(guī)定質(zhì)心在出現(xiàn)偏移方向變化時(shí)的速度初始值為 0。聯(lián)立公式(2)，可將機(jī)器人支撐腿的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方程表示為：其中， 1 x 表示機(jī)器人步態(tài)行為在 X 軸上的分量， 1 y 表示機(jī)器人步態(tài)行為在 Y 軸上的分量， 1 z 表示機(jī)器人步態(tài)行為在 Z 軸上的分量， C1、C2 表示兩個(gè)不同的步態(tài)行進(jìn)系數(shù)。

　　3.2 擺動(dòng)腿運(yùn)動(dòng)規(guī)劃

　　在后 2 t 時(shí)間內(nèi)，若機(jī)器人出現(xiàn)左傾行為，則判定左腿作為支撐腿、右腿作為擺動(dòng)腿。同理，可將機(jī)器人擺動(dòng)腿的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方程表示為：

　　3.3 關(guān)節(jié)角度求解

　　在步態(tài)行進(jìn)坐標(biāo)系內(nèi)，由機(jī)器人自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及先前所規(guī)劃的腿部步態(tài)行為可知，?1 、?5 為側(cè)向關(guān)鍵的旋轉(zhuǎn)角數(shù)值，只能在 X Z ? 的平面環(huán)境中變化，?2 、?3 、?4 則為前向關(guān)鍵旋轉(zhuǎn)角數(shù)值，如圖 3 所示。

　　聯(lián)合公式( 3)、公式(4)，根據(jù)行進(jìn)速度 ( , , ) i i i v x y z ?和幾何關(guān)系，寫出各關(guān)節(jié)角度變化的方程如下：對(duì)機(jī)器人支撐腿有 2 ? ? 0、 3 ? ? 0、 4 ? ? 0 ，對(duì)機(jī)器人擺動(dòng)腿有 1 ? ? 0 、 5 ? ? 0 。至此，完成對(duì)機(jī)器人行進(jìn)步態(tài)的規(guī)劃與處理，在大數(shù)據(jù)聚類算法的支持下，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人步態(tài)控制系統(tǒng)的順利應(yīng)用。

　　4 實(shí)例分析

　　分別采用文獻(xiàn)[4]系統(tǒng)、所設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人基本位姿進(jìn)行標(biāo)定，機(jī)器人步行參數(shù)如表 2 所示。

　　將機(jī)器人放在平整的地面上，讓其按照所規(guī)劃路徑做步行前進(jìn)運(yùn)動(dòng)，并參照表 2 來(lái)設(shè)置機(jī)器人的最大抬腳高度、質(zhì)心高度、步長(zhǎng)與周期，然后讓機(jī)器人連續(xù)步行前進(jìn) 10 米，期間機(jī)器人的步態(tài)行為穩(wěn)定且平滑，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的晃動(dòng)狀態(tài)，此期間所捕捉到的機(jī)器人平地運(yùn)動(dòng)截圖如圖 4 所示。

　　為更準(zhǔn)確檢驗(yàn)機(jī)器人在平地的步行狀態(tài)，讀取兩種系統(tǒng)控制下機(jī)器人的關(guān)節(jié)彎曲次數(shù)，并將其與理想數(shù)值對(duì)比，如圖 5、圖 6 所示。

　　對(duì)比圖 5、圖 6 可知，在行進(jìn)過(guò)程中，機(jī)器人步態(tài)每變化一次，其關(guān)節(jié)彎曲量都會(huì)由 0 直接變化至當(dāng)前的最大值結(jié)果，因此在兩次前進(jìn)行為之間，關(guān)節(jié)彎曲次數(shù)都會(huì)呈現(xiàn)短暫的“歸零”狀態(tài)。所設(shè)計(jì)系統(tǒng)數(shù)值曲線與理想數(shù)值曲線相比，并沒(méi)有過(guò)于明顯的出入，在前 2 米的前進(jìn)距離中，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)關(guān)節(jié)彎曲次數(shù)量小幅高于理想數(shù)值，當(dāng)前進(jìn)距離為 6m 和 8m 時(shí)，理想數(shù)值出現(xiàn)了兩次較小的下降狀態(tài)，但所設(shè)計(jì)系統(tǒng)關(guān)節(jié)彎曲次數(shù)值在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，始終保持不斷上升的變化狀態(tài)，只是實(shí)驗(yàn)后期上升幅度相對(duì)小于實(shí)驗(yàn)前期。文獻(xiàn)[4]系統(tǒng)數(shù)值曲線與理想數(shù)值曲線相比，在既定節(jié)點(diǎn)處的數(shù)值水平明顯更低，當(dāng)前進(jìn)距離為 7m 和 9m 時(shí)，文獻(xiàn)[4]系統(tǒng)關(guān)節(jié)彎曲次數(shù)值出現(xiàn)了兩次較小幅度的下降狀態(tài)，實(shí)際變化趨勢(shì)也與理想數(shù)值不完全一致。

　　將機(jī)器人放在不平整的地面上，讓其按照所規(guī)劃路徑做步行前進(jìn)運(yùn)動(dòng)，結(jié)合傳感器反饋回來(lái)的姿態(tài)信息確定機(jī)器人關(guān)節(jié)彎曲角度的實(shí)際變化情況。參照表 2 來(lái)設(shè)置機(jī)器人的最大抬腳高度、質(zhì)心高度、步長(zhǎng)與周期，然后讓機(jī)器人連續(xù)步行前進(jìn) 10 米，在此期間及時(shí)調(diào)整機(jī)器人步態(tài)行為使其保持穩(wěn)定且平滑的狀態(tài)，具體所捕捉到的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)截圖如圖 7 所示。

　　讀取所設(shè)計(jì)系統(tǒng)、文獻(xiàn)[4]系統(tǒng)機(jī)器人的關(guān)節(jié)彎曲角度數(shù)值，并將其與理想數(shù)值對(duì)比，如表 2 所示。

　　在機(jī)器人行進(jìn)過(guò)程中，關(guān)節(jié)角度的彎曲數(shù)值越小，代表機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)靈活性越強(qiáng)，且當(dāng)其彎曲度超過(guò) 110°時(shí)，機(jī)器人的前進(jìn)步態(tài)會(huì)出現(xiàn)明顯的遲緩狀態(tài)。以前進(jìn)距離等于 5m 作為分界點(diǎn)，分析表 3 可知，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)關(guān)節(jié)彎曲角度與理想數(shù)值在分界節(jié)點(diǎn)之前，均保持不斷上升的數(shù)值變化趨勢(shì)，但所設(shè)計(jì)系統(tǒng)數(shù)值的上升幅度明顯小于理想數(shù)值，平均值水平也相對(duì)更低;文獻(xiàn) [4]系統(tǒng)關(guān)節(jié)彎曲角度在分界節(jié)點(diǎn)之前的變化行為并沒(méi)有明顯規(guī)律，且其均值水平也遠(yuǎn)高于理想數(shù)值與所設(shè)計(jì)系統(tǒng)數(shù)值。在分界節(jié)點(diǎn)之后，理想彎曲角度均值出現(xiàn)了明顯提升，與所設(shè)計(jì)系統(tǒng)數(shù)值相比其上升幅度更為明顯，但也并未超過(guò)最大彎曲數(shù)值 110°;文獻(xiàn)[4]系統(tǒng)關(guān)節(jié)彎曲角度的上升幅度比理想數(shù)值更為明顯，且其均值水平也超過(guò)了 110°，對(duì)機(jī)器人的穩(wěn)定步行前進(jìn)起到了一定的抑制作用。

　　綜上可知，大數(shù)據(jù)聚類型控制系統(tǒng)在穩(wěn)定機(jī)器人前行步態(tài)方面具有較強(qiáng)的促進(jìn)作用，在前進(jìn)等長(zhǎng)距離的情況下，機(jī)器人關(guān)節(jié)的彎曲次數(shù)值大而彎曲角數(shù)值小，充分說(shuō)明了在前進(jìn)過(guò)程中，機(jī)器人關(guān)節(jié)確實(shí)具備較強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)靈活性。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　為了更好適應(yīng)大數(shù)據(jù)聚類算法的應(yīng)用需求，機(jī)器人步態(tài)控制系統(tǒng)針對(duì)提高機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)靈活性的問(wèn)題展開了研究，聯(lián)合傳感器設(shè)備、舵機(jī)控制板等應(yīng)用元件，規(guī)劃支撐腿、擺動(dòng)腿的實(shí)際運(yùn)動(dòng)行為，再借助適應(yīng)度函數(shù)，求解關(guān)鍵的關(guān)節(jié)角度數(shù)值。實(shí)驗(yàn)方面從位姿標(biāo)定的角度著手，分析關(guān)節(jié)彎曲次數(shù)與彎曲角度的具體變化情況，與傳統(tǒng)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)控制系統(tǒng)相比，大數(shù)據(jù)聚類系統(tǒng)對(duì)于機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)靈活性的促進(jìn)作用更強(qiáng)，可對(duì)其穩(wěn)定步行運(yùn)動(dòng)能力提供強(qiáng)有力的保障。