基于虚拟支点的高效双足机器人质心规划策略

本文主要探讨了"基于虚拟支点倒立摆模型的双足机器人质心轨迹规划"这一主题，针对双足机器人在摆动阶段机械能波动大，能耗显著高于人类步行模式的问题，提出了一种创新的步态规划策略。传统的双足机器人设计通常依赖于直线倒立摆或平面摆动模型，这些模型在模拟人体步态时存在局限性，机械能消耗不均衡。 作者们的研究方法是借鉴倒立摆的被动特性，将其虚拟化为双足机器人的运动基础。通过引入虚拟支点的概念，他们能够在保持摆动阶段机械能相对稳定的同时，控制质心轨迹，使之与人类步行过程中压力中心点从脚跟向前脚掌转移的自然特性相接近。这种设计有助于减少能量浪费，提高机器人的能源利用效率，从而达到更接近人类步态的运动模式。 在解决倒立摆微分方程缺乏初等解的问题上，研究者采用线性倒立摆方程进行角度估算，这是一种数值求解策略，使得复杂问题简化处理。这种方法的有效性在数值仿真中得到了验证，结果显示，在接近人类步行参数的情况下，基于虚拟支点倒立摆模型的双足机器人步态规划方法显示出显著的效率提升，优于传统的步态规划技术。 论文的研究内容涵盖了机械工程、控制理论、机器人学等多个交叉学科领域，重点关注了双足机器人技术的实际应用，特别是如何通过优化运动规划来提高机器人的性能和能耗效率。关键词包括双足机器人、虚拟支点倒立摆、质心轨迹规划和零力矩点，这些关键词体现了文章的核心研究内容和技术路径。 本文的贡献在于提出了一种创新的双足机器人运动规划策略，通过虚拟支点和线性倒立摆模型的结合，实现了机械能的有效管理与人体运动的模拟，这在提升双足机器人性能和能源利用效率方面具有重要意义。对于从事机器人技术、人工智能以及运动控制领域的研究者来说，这篇文章提供了有价值的理论支持和实践指导。