本文的核心内容是研究双足机器人的行走策略,特别是基于运动发散分量动力学(Dynamic Divergent Component of Motion, DCM)的双足机器人行走策略研究。文中提出了一种新的方法,将双足机器人的多步行走过程等效为三维倒立摆的多次摆动,并基于线性倒立摆(Linear Inverted Pendulum, LIP)模型,设计了抗扰动控制器和实时闭环控制器,以此来实现机器人行走过程中对质心(Center of Mass, COM)和动发散分量(Divergent Component of Motion, DCM)的控制。
在行走策略的研究中,作者董胜、袁朝辉、张建锐和马尚君基于西北工业大学的学术资源,提出了一种双足机器人步态规划的方法体系,其中关键步骤包括设计有效的抗扰动控制器,实现基于模型的双足行走动态规划。这涉及到了逆运动学的求解,该过程基于机器人行走过程中脚印和双腿末端轨迹来推导出关节角度的变化。
文章中还提到了两种关键的控制策略:一步DCM闭环控制器和DCM闭环控制器。这两种控制策略均能有效抑制行走过程中可能出现的扰动,保证机器人行走轨迹的准确性。在实现机器人步态规划方面,作者进一步探讨了基于DCM的轨迹规划方法,该方法通过三次样条插值法规划出摆动腿末端的轨迹,这有助于实现机器人行走过程中各关节角度的准确控制。
在双足机器人行走的动态建模方面,文中强调了基于LIP模型的步行机器人行走过程,这种模型能较好地描述双足步行的宏观动力学行为。对于步态规划,将其分为离线规划和实时在线规划两种形式,其中实时规划在面对复杂多变的行走环境时具有更好的鲁棒性,因此许多知名的机器人都是采用实时规划进行运动控制。
此外,文中还提到了与DCM相关的一些概念,例如动发散分量和运动收敛分量,这些概念对于理解机器人在行走过程中的动态平衡至关重要。同时,文章还提到了ZMP(Zero Moment Point)的概念,这是脚与地面之间垂直压力分布的抽象描述,可以用来有效地判定双足行走的稳定性。
文章整体上是围绕着如何建立一个系统的双足行走规划方案,通过理论分析、数学建模和仿真实验,验证了提出的新方法的有效性。文中还提出了一套从行走脚印到轨迹DCM再到关节角度求解的在线规划方法,这一方法的研究对于双足机器人行走稳定性控制和步态规划研究具有重要意义。
在应用方面,该研究提供了一种在普适机器人模型上验证行走策略有效性的方法,这对于机器人技术的实际应用开发具有重要的指导价值。同时,该研究也对机器人行走过程中的稳定性分析、动态平衡控制以及逆运动学求解等关键问题进行了深入探讨,为双足机器人技术的发展和创新提供了理论支持和技术参考。