腿足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制原理與仿真實(shí)踐教程 課件 第6章-四足機(jī)器人SLIP控制

四足機(jī)器人SLIP模型控制壓縮彈簧單腿簡(jiǎn)化控制量圖軀干姿態(tài)控制落足點(diǎn)控制跳躍高度控制中性點(diǎn)對(duì)稱(chēng)軌跡非對(duì)稱(chēng)軌跡上一章節(jié)介紹基于足端位置軌跡規(guī)劃的控制方法，這種控制方法簡(jiǎn)單但機(jī)器人運(yùn)動(dòng)魯棒性不足，且無(wú)法對(duì)外力擾動(dòng)做出調(diào)整，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)類(lèi)似BigDog“踹不倒”的炫酷效果。雖然波士頓動(dòng)力2010年前后就展示了四足機(jī)器人跑、跳、踹不倒等高動(dòng)態(tài)特性，但作者開(kāi)始讀研時(shí)國(guó)內(nèi)并沒(méi)有類(lèi)似的腿足控制技術(shù)，故作者讀研期間領(lǐng)到的第一個(gè)科研任務(wù)就是賦予四足機(jī)器人一定擾動(dòng)適應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)類(lèi)似“踹不倒”的展示效果。本章內(nèi)容以作者2016年前后針對(duì)山東大學(xué)機(jī)器人研究中心研制的SCalf-II四足機(jī)器人控制技術(shù)為引導(dǎo)，開(kāi)始介紹基于簡(jiǎn)化動(dòng)力學(xué)模型的四足機(jī)器人控制方法，賦予四足機(jī)器人一定的柔順特性、外力擾動(dòng)適應(yīng)特性，實(shí)現(xiàn)具有一定擾動(dòng)適應(yīng)能力、實(shí)用的穩(wěn)定對(duì)角步態(tài)控制。摘要（1）

姿態(tài)穩(wěn)定性分析由于Trot步態(tài)是一種動(dòng)步態(tài)，在支撐相，處于對(duì)角線(xiàn)上的兩只腿同時(shí)支撐軀干運(yùn)動(dòng)，在Trot步態(tài)中機(jī)器人軀干很容易繞其對(duì)角線(xiàn)旋轉(zhuǎn)，因此必須對(duì)軀干姿態(tài)進(jìn)行控制。為簡(jiǎn)化四足運(yùn)動(dòng)的控制算法，我們引入虛擬腿的概念。由于Trot步態(tài)以對(duì)角線(xiàn)上的兩條腿兩兩為一組，每組腿的運(yùn)動(dòng)形式相同，其髖關(guān)節(jié)作用于軀干的力也類(lèi)似，因此對(duì)角線(xiàn)上兩條腿的運(yùn)動(dòng)可以等效成為一條虛擬的腿。虛擬Hip位置：質(zhì)心位置：二次導(dǎo)數(shù)→加速度（為例）：假定足與地面之間沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng)，腿部質(zhì)量為零，所有的質(zhì)量均集中于軀干上，建立系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型如下：Trot步態(tài)控制器四足機(jī)器人對(duì)角步態(tài)控制器的控制框圖仿真驗(yàn)證Webots中建立的四足機(jī)器人模型如圖所示，包含一個(gè)完整模型和一個(gè)簡(jiǎn)化模型，這里機(jī)器人以MIT的mini-cheetah尺寸參數(shù)基本一致的SDUQuad-24為模型，對(duì)應(yīng)優(yōu)寶特同類(lèi)產(chǎn)品yobogo。機(jī)器人模型構(gòu)建與之前章節(jié)一致，在此不在贅述，綜合考慮保真度和仿真速度條件下time_step設(shè)置為5（ms）。思考與作業(yè)4.1驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)基于上述機(jī)器人控制方式，嘗試控制機(jī)器人：全向運(yùn)動(dòng)，通過(guò)記錄GPS位置或者直接繪制軀干運(yùn)動(dòng)軌跡查看跟隨效果；修改SLIP控制參數(shù)，試驗(yàn)與側(cè)向沖擊相關(guān)參數(shù)，并調(diào)出最優(yōu)效果；

4.2自行探索實(shí)驗(yàn)通過(guò)調(diào)參和模式調(diào)整實(shí)現(xiàn)仿真中四足機(jī)器人1.2m/s以上快速運(yùn)動(dòng)上下10°以上斜坡（自己搭建）5cm樓梯地形記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制數(shù)據(jù)圖證明上