腿部刚度对跳跃能量经济性的影响
机器人学
2026-04-03 v2
摘要
在机器人和生物力学领域，人们长期认识到，通过集成弹性元件（如弹簧和腱索）可以实现leg系统的能源高效运动。然而，一个显著的挑战仍然存在：设计一种在不同运行条件下（特别是不同平均前向速度）都能保持一致性能的机器人leg。对于这种范围的运行条件，弹性元件的刚度是否需要变化，还是可以通过改变运动和驱动方式而保持刚度固定，从而获得类似性能？本工作通过对单足机器人的周期性跳跃运动进行大规模参数研究，探讨了leg刚度对能源效率的影响。为此，我们构建了一个以平均前向速度和leg刚度为参数的optimal control问题，并使用直接 collocation 方法进行数值求解。我们的发现表明，与使用固定刚度相比，在不同速度范围内采用可变刚度可将能源效率提高最高可达20%，平均提升6.8%。
引用
@article{arxiv.2501.03971,
title = {How Leg Stiffness Affects Energy Economy in Hopping},
author = {Iskandar Khemakhem and Dominik Tschemernjak and Maximilian Raff and C. David Remy},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.03971},
year = {2026}
}