大狗,四足越野机器人
Marc Raibert, Kevin Blankespoor, Gabriel Nelson, Rob Playter and the BigDog Team
Boston Dynamics, Waltham, MA 02451
摘要
现有的轮子或履带车辆能到达的陆地不到陆地面积总量的一半。但人或动物却可以使用它
们的腿到达几乎所有的地方。我们在波士顿动 力学工程公司 的使命是设计一种新的越野机器人,
它就像生物一样,具有自主决策能力、能快速行走及捕获流动物体。这种机器人能像传统车辆一
样在陡峭,岩石,车辙,湿地,泥泞与雪地里行走。也能够在有台阶、楼梯和家里杂乱的限制轮
子的城市家庭环境中行走,并且为能做家务和提供服务。一个机器人要达到这种目的需要有地形
感应器,复杂的计算器,动力系统,先进的动作器和动态控制中心。我们将给这样的越野机器人
一个实例报告——大狗
1 绪论
现有的轮子或履带车辆能到达的陆地不到陆地地面积总量的一半。但人或动物却可以使用它
们的脚到达几乎所有的地方。这种情况推进了以足代轮机器人的发展,这是一种仿生运动方案。
我们的目标是现在所有车辆的都无法达到的,只有动物才具有的能到达的粗糙崎岖地带的越野性
能。
2 背景
在过去40年中,大量的工程师与科学家抓住仿生足运动的机会,设计出一系列使用仿生足的
美妙的鼓舞人心的机器人。例如,see Berns(2006), Kar(2003)等等。本文作者Raibert 25年前
开始这一领域的研究,以及关注有足机器人发展新动态。他们在二十世纪八十年代至九十年代开
发了一系列移动动态变化平衡实验机器人。这些机器人包括单足,双足和四足,它们能站立,小
跑,按一定的节奏在边界移动,越过障碍,并且创造了一个有足机器人陆地行走6米每秒的世界
纪录,并能做简单的体操。
我们发现我们可以使用相对简单的方法控制所有的这些机器人,其运动主要分为三个部分:
用一个垂直弹跳运动支持身体;通过调整腿部关节力矩来调整腿的状态来控制自身的姿势;移动
时把脚踩到能保持对称平衡的关键方位以维持自身平衡。
控制与平衡的细节部分如下图:
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