四足机器人稳定行走：力控与速度控制策略

"这篇研究论文探讨了基于力控制的四足机器人速度控制技术。通过将四足机器人的中心质量（COM）控制转化为支撑腿的控制，实现稳定行走。提出了一种基于模型分解的步态控制策略，将机器人在支撑阶段分解为一个七连杆平面倒立摆和一个线性倒立摆。通过控制支撑脚的接触力和线性倒立摆的立足点，使四足机器人能够实现平稳的运动。模拟和实验结果显示，机器人能够精确且稳定地跟踪期望速度。近年来，随着控制科学和机构的发展，由于在复杂地形中高效移动的能力，与轮式或履带式机器人相比，腿部机器人成为了研究的热点。例如，由波士顿动力公司（由美国国防高级研究计划局资助）发明的BigDog等成功展示了动态腿部行走的能力。" 本文的核心知识点包括： 1. 力控制：力控制是四足机器人稳定行走的关键，通过感知和调整接触力，可以确保机器人在行走过程中与地面的交互稳定。 2. 中心质量（COM）控制：COM是机器人运动稳定性的重要指标，通过对COM的精确控制，可以实现机器人的平衡和运动规划。 3. 模型分解：将四足机器人在支撑阶段分解为七连杆平面倒立摆和线性倒立摆模型，简化了控制问题，使得控制策略的设计更为直观和有效。 4. 支撑腿控制：转换COM控制到支撑腿的控制策略，意味着通过对当前着地腿的力进行调控，来影响机器人的运动状态。 5. 接触力控制：通过对支撑脚的接触力进行精确控制，可以改变机器人的运动轨迹，使其适应不同的地形条件。 6. 线性倒立摆：线性倒立摆模型用于模拟机器人的垂直平衡，通过对立足点的控制，可以保持机器人的稳定性。 7. 步态控制策略：基于模型分解的步态控制策略是实现四足机器人稳定行走的核心，它允许机器人在不同步态间平滑过渡，并能适应速度变化。 8. 仿真与实验验证：通过模拟和实际操作验证，证明了提出的控制策略能够使四足机器人精确跟踪期望速度，实现了稳定的运动性能。 9. 腿部机器人：与传统的轮式或履带式机器人相比，腿部机器人在复杂地形中的机动性和适应性更强，因此在军事、搜索救援、环境探测等领域具有广泛应用前景。 通过这些关键技术，四足机器人在科研和实际应用中的表现不断提升，展示了力控技术在实现高级行走能力方面的潜力。