牵拉人工肌腱式双足机器人矢状面行走控制

针对传统双足机器人刚性支腿结构缺乏弹性元素的局限,提出一种借鉴人体腿-足肌腱功能的人工肌腱牵拉式支腿结构,并搭建了基于五杆拓扑构型的四自由度双足机器人原理样机。建立了基于线性倒立摆(Linear inverted pendulum,LIP)模型的双足机器人行走规划优化范式。提出了基于LIP模型的双足机器人动步态控制器。在摆动相阶段,采用基于贝塞尔曲线的足端轨迹规划及融合模型前馈的PD控制策略。在支撑相阶段,采用足端地面支反力前馈结合机身姿态、高度反馈的控制策略。搭建试验平台对机器人运控算法进行了有效性验证。试验结果表明,双足机器人可实现0.8 m/s(约两倍腿长/s)的稳定行走速度,机身俯仰角度波动可控制在±7°以内,机身高度波动可控制在±4 cm以内。上述研究成果可进一步推广至面向三维空间移动作业的人形机器人系统设计。

近似直驱双足机器人跳跃运动非线性优化及试验验证

跳跃是腿足式动物最常见的步态模式之一,通过快速有力的爆发性功率输出,动物可完成越障避敌等行为。然而,受制于执行器能力限制和高动态运动的规划控制难度,由腿足式机器人实现跳跃奔跑等运动极具挑战性。为此,设计一种基于共轴近似直驱结构方案的双足机器人样机,在三杆简化模型的基础上,确立支撑相和飞行相的约束条件,以跳跃高度最优为目标,将机器人系统的运动规划问题处理成有限维度的非线性优化问题,并采用变参数PID实现关节力矩跟踪控制。通过双足机器人跳跃试验,对运动规划算法的有效性进行验证。结果表明,双足机器人样机能完成离地高度约为0.34 m(相当于50%的腿长)的跳跃动作,研究成果可为未来高越障性足式机器人研究提供理论支撑和技术参考。