摘要：论文针对仿生六足机器人运动问题,提出了一种基于虚拟模型控制(Virtual Model Control,VMC)的简单直观的运动控制方法。在VMC框架中,一系列虚拟原件安装在机器人关节上,以产生相应的虚拟力。将机器人腿的运动模式分为站立相和摆动相两个阶段。站立相中,VMC被用于控制机器人躯干姿态,包括躯干高度和欧拉角;摆动相中,VMC为摆动腿提供控制,使其遵循期望的轨迹。通过状态机实现机器人腿状态切换和运动配合。仿真结果表明,设计的控制器可以实现六足机器人三角步态稳定行走。

摘要：虚拟模型控制广泛用于四足机器人的运动控制器设计中.提出了一种分数阶虚拟模型控制器,在保证四足机器人柔性触地的同时,提高四足机器人小跑运动中单腿轨迹跟踪的精确性和鲁棒性.介绍了关节液压缸力控制系统的频域建模过程及基于非线性寻优法的单腿虚拟模型控制器的参数整定,并通过实验对比了分数阶虚拟模型控制和传统虚拟模型控制在四足机器人小跑运动中单腿的控制效果,证明了分数阶虚拟模型控制对单腿轨迹跟踪性能的改善作用.

摘要：为提高四足机器人对角小跑运动的稳定性,实现机器人躯干6维运动方向控制的解耦,提出了一种基于虚拟模型的对角小跑步态控制方法.控制器主要包括支撑相虚拟模型控制和摆动相虚拟模型控制.在支撑相,建立了作用于躯干质心的虚拟力与对角支撑腿关节扭矩之间的数学关系,通过调整躯干虚拟力的大小控制躯干的高度与姿态,控制机器人前进速度和自转角速度.在摆动相,将机器人侧向速度控制引入到足端轨迹规划中,并通过虚拟的"弹簧-阻尼"元件驱动摆动足沿给定轨迹运动.此外,在控制器设计过程中,引入了状态机,用于监控机器人各腿的状态,并输出对角小跑步态相位切换指令.仿真实验结果表明,机器人能够以对角小跑步态在平地上进行全方位移动,跨越不平坦地形,并能够抵抗外部冲击,证明了文中控制方法的有效性和鲁棒性.

摘要：步态控制是四足机器人适应复杂地形的关键,为此对机器人步态进行规划和控制,提出一种步态控制器。针对气动肌肉驱动的四足机器人,根据机器人Denavit-Hartenberg参数建立单腿运动学模型;采用Kimura振荡器设计四足机器人步态的中枢模式发生器(CPG)网络,并改进振荡器输出与关节角度之间的映射关系;采用摆线函数规划机器人足端轨迹,基于生物神经反射机理和虚拟模型控制(VMC),以肢体摆动相位和足端触地信息为状态切换条件,建立沟壑地形自适应步态控制器;搭建Adams与MATLAB联合仿真平台和实物样机测试平台,对步态控制器进行验证。结果表明:改进的CPG步态网络可减小步态参数间的耦合,所生成信号的幅值和相位稳定;基于CPG和VMC的步态控制器能实现机器人对角步态运动,并能跨越宽度为机器人足端宽度的2.50倍沟壑。

摘要：针对四足机器人难以跨越大尺寸障碍物的问题,提出了一种仿生腾空跳跃的轨迹优化控制方法 .首先,对马里努阿犬的越障运动进行测试和仿生学分析,得到腾空跳跃的参考轨迹.其次,根据摩擦锥、轨迹平滑、运动学和动力学等约束条件,基于轨迹优化的方法对仿生参考轨迹进行离线优化,生成四足机器人的期望跳跃轨迹,得到跳跃所需的足端位置、关节力矩和关节角度序列.再次,设计分阶段的跳跃控制器,采用关节和质心PD(Proportional Derivative)的组合控制策略,实现对期望跳跃轨迹的跟踪,采用变刚度虚拟模型控制实现对落地姿态的调整和足底力的缓冲.最后,在Webots仿真环境中完成了1 m高度的自由落地和跳跃0.75 m高度桌子的仿真实验.研究结果表明:仿生轨迹优化与控制算法能够使四足机器人跳跃大尺寸障碍物并且具有平稳落地的效果,对于提高四足机器人的高性能运动能力以及拓展其应用环境具有参考价值.

摘要：为保证双足机器人的运动过程中机身的稳定性并能够抵抗一定程度的外部冲击力的干扰,设计了一种基于虚拟模型控制(VMC)与全身控制(WBC)的双足机器人力矩控制方法。该方法用虚拟模型控制对机器人模型进行简化,用得到的降阶模型求解机器人行走过程中的地面支反力;用全身控制对机器人控制任务进行优先级排序,并求解运动过程中的关节加速度;最后将二者代入刚体动力学方程中求解控制所需要的关节力矩。控制目标为驼鸟形双足机器人,使用的仿真平台为MIT机器人仿真平台。经过仿真验证,该控制方法可以有效地对目标进行控制,且机身的稳定性高,计算的求解效率高,运算复杂程度低,证明了该方法对于双足机器人控制的效果较好。

摘要：为实现四足机器人在动步态下的稳定行走及最优足底力分配,提出了融合全尺寸虚拟模型和动力学模型的四足机器人控制框架.在支撑相中,将躯干质心虚拟力与足底力分配问题转化成二次型优化问题,通过Gurobi库求最优值,实现实时的最优足底力分配.在摆动相中,融合动力学前馈和虚拟模型控制方法实现了平滑的轨迹追踪.通过Webots动力学仿真,将该方法与基本的位置阻抗控制方法在四足机器人平台上进行了对比分析,结果证明该方法能减小大约30%的足地交互冲击力,同时有效提高了机器人在运动中的稳定性.

摘要：为提高四足机器人的运动平稳性和地形适应能力,使其顺利通过复杂崎岖地面,提出了一种四足机器人分段复合足端轨迹规划方法,将足端轨迹规划分为起步、跨步、落地三个部分。针对机器人足端在起步阶段碰撞未知不规则凸台、跨步阶段越障效率低及足端落地适应地形问题进行了足端轨迹曲线优化设计。在仿真环境下,通过虚拟模型控制方法控制机器人以对角步态分别在平地环境、复杂崎岖地形环境下运动,仿真结果表明,四足机器人以设计的足端轨迹在复杂崎岖地形上运动具有更小的机身波动和方向偏移,可在一定程度上适应崎岖地形,抵御运动环境中未知障碍干扰。

摘要：为提高四足机器人的轨迹跟踪性能和多步态下运动的鲁棒性,将自适应模糊算法与虚拟模型控制理论运用在机器人的腿部关节控制中,并对虚拟模型控制(VMC)参数进行自适应实时调节。首先,分析了四足机器人的运动结构,采用DH法建立运动学模型,对摆动腿和支撑腿进行关节力矩与虚拟力的研究;然后,考虑到传统VMC控制器参数固定导致系统动态控制性能差的缺点,设计了基于VMC算法特性和人工调试经验的模糊规则,其根据轨迹误差及误差变化率对控制参数进行在线优化,实现参数自适应;最后选取四足机器人中有代表性的小跑步态对所设计的运动控制器进行仿真验证。仿真结果表明,与传统的VMC相比,该控制器具有更好的足端轨迹跟踪效果,并提升了四足机器人的稳定性。