1998 年,美国的 GA.Pratt 和 J.E.Pratt 等人提出了在双足机器人的控制系统中采用虚模型控制策略。虚模型控制是一种运动控制语言,它将连接在机器人上的元件虚拟成成数学模型,接着将一个机器人行走步态周期分为支撑环节、悬空环节、前驱环节和结束环节。系统充分利用机器人自身的特点,将机器人的各种动作通过控制系统自然的完成,从而简化了控制系统。同年,NaojiShiroma、HirohikoArai 和 KazuoTanie 研究的平面非完全三关节机器人。这种机器人包括两个驱动关节,一个自由关节。其将对机器人的运动轨迹分成转动过程和平动过程,然后对二者进行分别控制,从而建立了对整个运动控制系统。2000 年, Kimura 和 Yasuhiro 等研制出四足式机器人。该机器人的运动控制系统采用计算机控制下位机的方式,在机器人的每个关节上都装有一个角度传感器用于记录关节的角度量,并在身体上安装了大量触觉传感器、导航设备等。使得整个控制系统形成了一个闭环控制方式,是一种控制精度高的运动控制系统。

    2008 年,波士顿力学工程公司(Boston Dynamics)为美军设计了一种狗型机器人——“大狗”。“大狗”机器人是一种越野型的大型运输机器人,相较轮式和履带型机器人具有很强的越障能力。它可以实现最长 1 小时的自主野外作业,可以自主分析所处的地形结构,人类对它的控制操作干预很少。“大狗”采用液压伺服元件作为驱动体,每条腿拥有 4 个主动性的驱动关节和 5 个被动性关节。全身大约使用了 50 个传感器,包括惯性传感器、动态平衡传感器、液压压力传感器、温度传感器等。机器人的控制系统采用二级控制方案,分别是用于控制伺服元件的位置的低级控制层和控制机器人步态、协调腿步型的高级控制层。“大狗”采用预测式平衡算法动态平衡步态。控制系统通过传感器反馈回来各种信息(如地型,运动加速度),控制各个关节以平衡负载来优化它的双腿承载能力。

3 国内外主要研究方向与发展趋势

    通过以上介绍,可以发现在世界范围内对于足式机器人控制领域的研究是一个相当热门的研究领域,经过多年的研究发展,新的研究理论和新的研究成果不断被创造,使得足式机器人的控制研究体系不断得到完善和发展。这些研究总体上涉及到以下几方面:

(1) 对控制系统的结构展开研究。主要研究机器人的运动控制系统的结构方案,以期能实现最佳的控制的效果。

(2) 步态轨迹控制的研究。主要研究足式机器人实现一定运动轨迹的控制方案。

(3) 对地面自调节控制的研究。主要研究机器人如何实现对复杂地面具有自调节能力的控制方案。

    综上所述,在足式机器人控制研究领域,理论和研究在各方面都相当的充实了,一个优良的足式机器人控制系统在这三个方面都应有很强的控制方案,因此将这三方面的控制领域结合起来将会成为未来的足式机器人研究的主流方向。

 

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