面向扭矩驱动弹簧倒马达模型的跑步机器人设计与控制优化

足部 locomotion 在复杂非结构化环境中展现出跑行的潜力。设计此类足机器人需要考虑从机械硬件和几何选择到控制器配置的异构多域约束和变量。然而，几乎不存在针对小型（小于500克）跑行足机器人以形式化或系统化（相对于非正式方法）的设计公式和框架，以识别可行且稳健的跑行平台。本文通过将足机器人运动抽象为扭矩驱动弹簧倒马达模型（TD-SLIP），并推导在系统噪声存在下实现稳定周期前向运动的约束条件。合成噪声被添加到候选设计评估的初始状态中，以模拟开环控制中积累的误差。设计空间以形态参数（如腿部属性和系统质量、执行器选择以及开环电压配置）定义。这些属性使用能够处理混合离散变量的著名粒子群优化求解器进行优化。两个独立案例分别最小化接触角度在步态之间的差异以及执行能耗。两个案例均导致具有相对可重复且稳定动力学的足机器人设计，同时呈现出不同的几何和控制器配置选择。