柔顺混合零动态行走的控制 Lyapunov 函数

在动态机器人系统上实现具有形式化保证的非线性控制器的能力有潜力实现更复杂的机器人行为——然而，实现这些控制器在实践中常具挑战性。为应对该挑战，本文通过混合零动态与控制 Lyapunov 函数，展示了欠驱动双足机器人上动态双足行走的端到端实现。Cassie 的柔顺模型被表示为混合系统，为轨迹优化框架奠定基础。以实现全方向多种行走速度为目标，编译了一个柔顺行走运动库，随后进行参数化以便在实时控制器中高效使用。具有强理论保证的控制 Lyapunov 函数被综合以利用步态库，并与逆动力学结合，获得以二次规划形式给出的基于优化的控制器。证明了该控制器可证明地实现稳定行走；这结合了一项理论分析，展示了控制器在调谐与实现方面的有用性质。所提出的理论框架在 Cassie 机器人上得到实际演示，其中通过使用基于优化的力矩控制实现了 3D 行走。实验突出了在不同速度与地形上的机器人行走，说明了在动态欠驱动机器人系统上理论上有依据的非线性控制器的端到端实现。