面向悬挂双足机器人的三阶段离线 SDRE 控制框架的人类动作再现
机器人学
2026-05-06 v2 最优化与控制
摘要
在可穿戴外骨骼开发过程中，涉及人类的评估存在固有的安全风险。因此，常常使用模拟人类动作的机器人进行系统性测试。然而，由于机器人结构和执行器特性的差异，再现人类动作具有挑战性。本研究提出一种三阶段离线控制策略，通过动作捕捉数据和机器人特性生成控制命令，以实现精确的动作复制。首先，基于双足系统动力学模型通过状态依赖 Riccati 方程 (SDRE) 控制器生成最优扭矩轨迹。其次，在执行器约束下，通过参数化优化合成关节速度和加速度命令序列。最后，一个数据驱动的 PID-LQR 离线控制器通过最小化理想动作与执行动作之间的跟踪误差来细化这些命令。对在用于重力抵消外骨骼评估的悬挂双足机器人平台上进行实验验证。用于系统评估的动作捕捉数据来自蹲姿和行走任务。实验结果显示，跟踪保真度高，平均根均方误差 (RMSE) 小于 3 度。这些结果验证了该提出的三阶段控制策略对于机器人基础的外骨骼系统性测试的有效性。
引用
@article{arxiv.2506.04680,
title = {A Three-Stage Offline SDRE-Based Control Framework for Human Motion Reproduction on a Suspended Bipedal Robot},
author = {Ping-Kong Huang and Chien-Wu Lan and Chin-Tien Wu and Ching-Kai Lin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.04680},
year = {2026}
}
备注
14 pages, 10 figures. Preliminary version submitted for documentation purposes on arXiv. This version records results presented at a conference and is not peer-reviewed