zmp,全球外卖小哥图鉴( 二 )


这些力的总和被称之为总惯性力 。当机器人的脚接触地面时,它将受到来自地面反作用力的影响,这个力称之为地面反作用力 。所有这些力都必须要被平衡掉,而ASIMO的控制目标就是要找到一个姿势能够平衡掉所有的力 。这称做”zero moment point” (ZMP) 。当机器人保持最佳平衡状态的情况下行走时,轴向目标总惯性力与实际地面反作用力相等 。
相应地,目标ZMP与地面反作用力的中心点也重合 。当机器人行走在不平坦的地面时,轴向目标总惯性力与实际的地面反作用力将会错位,因而会失去平衡,产生造成跌倒的力 。跌倒力的大小与目标ZMP和地面反作用力中心点的错位程度相对应 。简而言之,目标ZMP和地面反作用力中心点的错位是造成失去平衡的主要原因 。假若Honda机器人失去平衡有可能跌倒时,下述三个控制系统将起作用,以防止跌倒,并保持继续行走状态 。
地面反作用力控制:脚底要能够适应地面的不平整,同时还要能稳定的站住 。目标ZMP控制:当由于种种原因造成ASIMO无法站立,并开始倾倒的时候,需要控制他的上肢反方向运动来控制即将产生的摔跤,同时还要加快步速来平衡身体 。落脚点控制:当目标ZMP控制被激活的时候,ASIMO需要调节每步的间距来满足当时身体的位置,速度和步长之间的关系 。
?? ASIMO的步态控制ASIMO的动作:稳步的行走ASIMO能够感应到即将摔倒的情况,并能够很快对此做出反应;但是ASIMO的工程师想要更多的功能 。他们不但想让ASIMO能够行走的更顺畅,还想让ASIMO能够在不停止的情况下转身 。目前绝大多数其它类人机器人无法做到这一点 。?? ASIMO的腿部特写当我们走到弯角处需要转身的时候,我们将我们身体的重心移到转身的位置 。
ASIMO使用了一种叫做 “动作预测控制”,也叫做“iWalk”技术来实现 。ASIMO需要预测转身所需要的重心的移动的位置以及持续时间 。由于这个技术是实时(Real Time)技术,因此ASIMO能够不需要停止就能够转身,实现边走边转身 。?? 重心移动原理本质上,ASIMO每走一步,他就需要计算一次他的重心位置以及惯量,并预测在下一步移动后的位置,同时计算出所需要的重心移动距离 。
他主要通过调节以下4个因素:步长:每步行走的长度位姿:身体的位置速度:整体移动的速度行走方向:下一步移动的方向?? ASIMO的控制流程Cassie机器人Agility Robotics其联合创始人Jonathan Hurst有着十来年的机器人设计经验,身兼俄勒冈大学(OSU)教授的他曾带领学生团队完成多个双足机器人项目,其中就有谷歌的ATRIAS,密歇根大学项目MABEL以及MARLO,而这家公司的团队也主要由ATRIAS和MARLO工作的人员组成 。
ATRIAS是第一台模仿人类步伐的示范机器人,且使用弹簧设备行走 。弹簧设备用来减少地面的反作用力和维持人类直立行走的质心运动 。研发团队从ATRIAS中学到几个关键点:首先,ATRIAS的腿部架构设计是四连杆架构,某种程度上,将弹簧架构的惯性降到最小 。但是这种架构导致内部一个电机会阻碍另一个电机的运动,内部的电机之间浪费了很多能量反覆开关,而不是用来做正事 。
经过细致的研究解析,团队设计了Cassie独特的腿部架构 。这样的腿部架构使电机体积更小,并且比 ATRIAS更高效能 。不同于ATRIAS的是,Cassie的脚踝上设有电机,在能量供应足够的情况下能保持站立的姿势,而不必像ATRIAS那样以原地踏步的方式来维持身体平衡 。另外,为扩充自身的灵活度,Cassie髋关节与人类一样有三个自由度,允许机器腿部能向前、向后和侧面移动,同时还能完成腿部旋转动作 。
每条腿上还增加了两个自由度,能实现前后、左右自由行走和转动 。Hurst表示,Cassie在借鉴ATRIAS的技术基础上,经过设计、电机、算法上的改进,使得最终版本在动能的利用率、灵活程度上有了大幅度提升 。这样全新的架构设计使Cassie比ATRIAS更容易操控 。它拥有加强的脚踝设计,使其能静静站在原地,不会像ATRIAS为了保持平衡需要不停移动双脚 。

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