Biped robots are inherently unstable because of their complex kinematics as well as dynamics. Despite the many research efforts in developing biped locomotion, the performance of biped locomotion is still far from the expectations. This paper proposes a model-based framework to generate stable biped locomotion. The core of this framework is an abstract dynamics model which is composed of three masses to consider the dynamics of stance leg, torso and swing leg for minimizing the tracking problems. According to this dynamics model, we propose a modular walking reference trajectories planner which takes into account obstacles to plan all the references. Moreover, this dynamics model is used to formulate the controller as a Model Predictive Control (MPC) scheme which can consider some constraints in the states of the system, inputs, outputs and also mixed input-output. The performance and the robustness of the proposed framework are validated by performing several numerical simulations using MATLAB. Moreover, the framework is deployed on a simulated torque-controlled humanoid to verify its performance and robustness. The simulation results show that the proposed framework is capable of generating biped locomotion robustly.


翻译:编织机器人由于其复杂的运动体和动态,本质上是不稳定的。尽管在开发双形移动器方面做了许多研究努力,但双形移动器的性能仍远低于预期。本文件提出一个模型框架,以产生稳定的双形移动器。这个框架的核心是一个抽象的动态模型,由三个质量组成,以考虑姿态腿、躯体和摇动腿的动态,以尽量减少跟踪问题。根据这个动态模型,我们提议了一个模块式行走参考轨迹规划仪,该模型考虑到所有参照物的规划障碍。此外,这个动态模型被用来将控制器设计成一个模型预测控制器(MPC),这个模型可以考虑系统状态中的一些制约因素、投入、产出以及混合输入输出。通过使用 MATLAB 进行数个数字模拟来验证拟议框架的性能和稳健健性。此外,这个框架被放在一个模拟式的陶瓷控制的人体类上,以核实其性能和稳健性能。模拟结果显示,拟议的框架能够产生双形显性。

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