利用爆发性输出提升跳跃能力：人oid机器人膝关节的可变减速比设计范式
机器人学
2025-06-17 v1 系统与控制
系统与控制
摘要
增强膝关节的爆发性输出功率对于提高人oid机器人的敏捷性和跨越障碍能力至关重要。然而，膝关节至质心(CoM)传递比与跳跃需求之间的失配，以及高速度下电机性能的恶化，限制了高功率输出的持续时间，从而限制了跳跃性能。为解决这些问题，本文提出了一种新颖的膝关节设计范式，采用在跳跃期间动态减小的减速比以实现爆发性输出。通过分析跳跃过程中电机输出特性和膝关节运动学，灵感来源于一种耦合策略，即随关节伸展而逐渐减小减速比。在跳跃启动时，较大的初始比值可快速增加扭矩，而其逐渐减小可最小化电机速度增量和功率损失，从而维持持续的高功率输出。一种紧凑且高效的线性执行器驱动的导 rod 机械结构实现了这种耦合策略，并通过爆发性跳跃控制策略引导的参数优化得到支持。实验验证表明，在单关节平台上实现了63厘米的垂直跳跃（相对于最佳固定比例关节的理论提升为28.1%），并成功集成到人oid机器人中，实现了1.1米的水平跳跃、0.5米的垂直跳跃和0.5米的箱子跳跃。
引用
@article{arxiv.2506.12314,
title = {Explosive Output to Enhance Jumping Ability: A Variable Reduction Ratio Design Paradigm for Humanoid Robots Knee Joint},
author = {Xiaoshuai Ma and Haoxiang Qi and Qingqing Li and Haochen Xu and Xuechao Chen and Junyao Gao and Zhangguo Yu and Qiang Huang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.12314},
year = {2025}
}