平面几乎线性双足机器人膝关节的渐近稳定步态生成与瞬时可行性判定
机器人学
2026-04-15 v1
摘要
提出了一种具有独特机械属性的平面双足机器人，其中所有连杆围绕髋关节平衡，防止由于重力导致自然摆动。其运动方程的常见属性是惯性矩阵为常数矩阵，无非线性速度项，重力项包含简单的非线性项。通过对重力项进行Taylor展开并进行线性近似，很容易推导出线性化模型，无需数值积分即可进行未来状态计算或可行性判定。本文扩展该方法至带膝关节的平面双足机器人模型。首先，推导平面6自由度双足机器人的运动方程、约束条件及非弹性碰撞，设计其控制系统，在水平面上数值生成稳定的双足步态。随后，将运动方程简化为3自由度模型，围绕大腿帧角度对重力项进行线性化近似。通过数值仿真，证明未来状态计算和可行性判定可以在可忽略的时间内完成。通过对控制输入施加到所得模型、进行状态空间实现，然后进行离散化，单次迭代计算即可实现瞬时可行性判定。通过详细的步态分析，讨论了膝关节屈曲角度和展开点对线性近似精度的影响，以及在下坡小步行驶时会出现的問題。
引用
@article{arxiv.2604.12274,
title = {Asymptotically Stable Gait Generation and Instantaneous Walkability Determination for Planar Almost Linear Biped with Knees},
author = {Fumihiko Asano and Ning Lei and Taiki Sedoguchi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.12274},
year = {2026}
}
备注
Accepted for presentation at the IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 2026. This version includes a correction to a typographical error in one equation