基于融合角与倾斜相位空间中校正动作的双足解析行走

本工作提出了双足人形机器人平台反馈稳定行走的算法，以及实现该目标所需的底层理论与传感运动框架。双足行走由于相关机器人高度的非线性与大量的自由度、对应状态有限的可观测性与可控性，以及不完美驱动与不理想传感的组合，而固有地复杂且难以控制。所呈现的方法以多种方式应对这些问题，从执行器控制与前馈补偿方案的开发，到在几乎所有步态稳定反馈管道中引入滤波。我们开发并研究了两种步态：直接融合角反馈步态与倾斜相位控制器。两种步态均遵循利用半稳定开环步态生成器，并通过所谓校正动作的稳定反馈加以扩展的设计理念。使用校正动作的思想是修改开环关节波形的生成，从而影响并由此改善机器人的平衡。此类校正动作的示例包括对摆臂与摆腿轨迹的修改、对髋与足施加动态位置与旋转偏移，以及对所指令步长与步时的调整。支撑这两种反馈步态及其相应步态生成器的是三维旋转理论领域的重大进展。这些进展包括三种新颖旋转表示的发展：倾斜角、融合角与倾斜相位空间表示。这三种表示均建立在将三维旋转拆分为其各自偏航与倾斜分量的创新方法之上。