人形机器人协同设计：通过混合零动力学耦合硬件设计与步态生成

机器人设计参数的选择往往具有挑战性，因为这些参数通常与控制器性能及机器人最终能力相耦合。这导致了一个耗时且通常昂贵的过程，即在机器人设计与手动评估其能力之间反复迭代。对于双足机器人而言这尤为困难，由于底层非线性与混杂动力学，系统行为难以评估。因此，为简化双足机器人设计流程并最大化其性能，本文提出一种人形机器人及其相关行走步态协同设计的系统框架。为此，我们利用混合零动力学（HZD）步态生成框架，其给出了动态行走步态生成的规范化方法。本文的关键创新在于同时考虑与机器人执行器相关的虚拟约束，以及编码待设计机器人相关参数的设计虚拟约束。这些虚拟约束被整合进一个 HZD 优化问题中，该问题在寻找稳定行走步态以最小化给定代价函数的同时，确定设计参数。所提方法通过新型人形机器人 ADAM 的设计得以验证，其大腿与小腿被协同设计以实现节能的双足运动。