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为什么yabo亚博手机--任意三数字加yabo.com直达官网离散行走如此困难?伯克利的研究为你揭秘

2018-07-24 作者:IEEE电气电子工程师学会
导语:尽管踏脚石高度和之间的宽度随机变化,但ATRIAS可以像人类一样行走,完美跨越…

最近,加州大学伯克利分校和卡内基梅隆大学,展示了ATRIAS足式yabo亚博手机--任意三数字加yabo.com直达官网能够在随机变换的障碍地形中行走的过程:尽管踏脚石高度和之间的宽度随机变化,但ATRIAS可以像人类一样行走,完美跨越。

与人类及大多数陆地动物一样,腿(足)式yabo亚博手机--任意三数字加yabo.com直达官网需要能够在崎岖的地形上移动,以便在灾难响应、搜索和救援等应用中发挥作用。

然而,设计能够处理离散立足点(像碎石或踏脚石)的控制算法是具有挑战性的,因为这对脚的放置有严格的约束,并且这些系统的运动是由复杂的动力学方程控制的。

加州大学伯克利分校和卡内基梅隆大学的实验室通过利用最佳和非线性控制系统的新进展,展示了ATRIASyabo亚博手机--任意三数字加yabo.com直达官网在踏脚石上行走的动态过程,即使这些踏脚石和它们的高度之间的距离是随机变化的,ATRIASyabo亚博手机--任意三数字加yabo.com直达官网可以像人类一样行走,完美跨越。

“一步一个脚印”:双足yabo亚博手机--任意三数字加yabo.com直达官网成功实现了在步长和步高同时变化中行走

加州大学伯克利分校的Hybrid Robotics Group一直致力于为高自由度双足yabo亚博手机--任意三数字加yabo.com直达官网开发正式的控制框架,这种框架不仅能保证在离散地形上精确的步进位置,而且还能对不确定性和外部力量进行建模。这些方法独立于特定的yabo亚博手机--任意三数字加yabo.com直达官网本身,并已经在各种yabo亚博手机--任意三数字加yabo.com直达官网的模型上,包括RABBIT、ATRIAS和DURUS,进行了(模拟)测试。

此外,这些yabo亚博手机--任意三数字加yabo.com直达官网并不提前“知道”地形会是什么样子,只有下一步的位置才会显示给yabo亚博手机--任意三数字加yabo.com直达官网,这个场景能够很好地描述yabo亚博手机--任意三数字加yabo.com直达官网在现实世界中可能遇到的情况。

团队通过ATRIAS双足yabo亚博手机--任意三数字加yabo.com直达官网平台上对控制算法进行了实验测试,它能够在随机变化的离散地形上实现动态步行,步长在30到65厘米之间变化,步高需要向上/向下22厘米,同时保持0.6米/秒的平均步行速度。

研究团队认为,这是第一次演示了双足yabo亚博手机--任意三数字加yabo.com直达官网在步长和步高同时变化时成功动态行走。

为什么离散行走在yabo亚博手机--任意三数字加yabo.com直达官网中如此困难?

首先,双足yabo亚博手机--任意三数字加yabo.com直达官网是高度自由的系统,其运动由复杂的非线性微分方程控制,这些方程捕获了地面相互作用的混合动力:yabo亚博手机--任意三数字加yabo.com直达官网必须通过不断地与周围环境进行接触来与环境互动。

此外,团队使用的yabo亚博手机--任意三数字加yabo.com直达官网,比如ATRIAS,是欠驱动的(underactuated),这意味着yabo亚博手机--任意三数字加yabo.com直达官网的脚踝没有驱动器,只有定点脚。这相当于踩着垫脚石或者踩着高跷爬着楼梯,保持平衡的唯一方法就是一直走下去。

踏脚石也严格限制了脚的放置,而现实世界中这些垫脚石也可能会倒塌。此外,yabo亚博手机--任意三数字加yabo.com直达官网必须在其他物理限制范围内工作,如电机扭矩限制和摩擦力(yabo亚博手机--任意三数字加yabo.com直达官网不能滑动)。所有这些限制相互作用,使得控制设计过程变得非常重要。

踏脚石问题(stepping-stones problem)已经得到广泛研究,在Valkyrie和ATLAS等yabo亚博手机--任意三数字加yabo.com直达官网上取得了令人印象深刻的成果。

该团队研究的不同之处在于,他们允许动态行走而不是yabo亚博手机--任意三数字加yabo.com直达官网倾向于使用的较慢的准静态运动。通过对系统动力学中的非线性进行推理,并利用最优和非线性控制技术的最新进展,可以以简单紧凑的形式指定控制目标和期望的yabo亚博手机--任意三数字加yabo.com直达官网行为,同时提供正式的稳定性和安全性保证。这意味着,yabo亚博手机--任意三数字加yabo.com直达官网可以在离散的地形上行走,而不会滑倒或摔倒。

本文来源:IEEE电气电子工程师学会 订阅公众号,网罗全球科技前沿动态,为科研创业打开脑洞。

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