Hybrid Zero Dynamics Control for Bipedal Walking with a Non-Instantaneous Double Support Phase

要約

二足歩行のハイブリッド ゼロ ダイナミクス コントロールの概念は、非瞬間的なダブル サポート フェーズを含むように拡張されています。
4 つの回転ジョイントで接続された 5 つの剛体セグメントから構成される対称ロボットを考えます。
平均歩行速度が一定の周期的な歩行歩行は、交互の単一サポート段階 (SSP) と二重サポート段階 (DSP) で構成されます。
ハイブリッド ゼロ ダイナミクス制御の設計では、通常、瞬間的な DSP を前提としていますが、これは厳しい制限です。
提案されたコントローラーは、連続 SSP と DSP を使用します。
両方のフェーズ間の遷移は、DSP の終わりで後脚が持ち上げられ、SSP の終わりでスイング レッグが着地する瞬間的なイベントとしてモデル化されます。
DSP 中のモデルには、自由度 (3) よりも多くのアクチュエータ (4) があるため、システムは過剰に作動します。
それを不十分な SSP モデルと組み合わせて周期的な歩行を定式化するために、さまざまなアプリケーション用に 3 つのコントローラー設計を提案します。
1 つは DSP が過小作動、もう 1 つは完全作動 DSP、もう 1 つは過作動 DSP です。
数値最適化を使用して、オフライン プロセスでエネルギー効率の高い歩行を生成します。
最適化の結果によると、DSP の過小作動コントローラーを人為的に作成すると、最も効率的な歩容が得られます。
DSP 中に完全な作動または過作動を利用して制御タスクを追加すると、歩行の安定性が大幅に向上します。

要約(オリジナル)

The hybrid zero dynamics control concept for bipedal walking is extended to include a non-instantaneous double support phase. A symmetric robot that consists of five rigid body segments which are connected by four actuated revolute joints is considered. Periodic walking gaits with a constant average walking speed consists of alternating single (SSP) and double support phases (DSP). Hybrid zero dynamics control designs usually assume an instantaneous DSP, which is a severe limitation. The proposed controllers use continuous SSPs and DSPs. Transitions between both phases are modeled as instantaneous events, when the rear leg lifts off at the end of the DSP and the swing leg touches down at the end of the SSP. Due to the fact that the model during the DSP has more actuators (4) than degrees of freedom (3), the system is overactuated. In order to combine it with the underactuated SSP model and then formulate a periodic walking gait, we suggest three controller designs for different applications. One with the underactuated DSP, one with the fully actuated DSP, and one with the overactuated DSP. A numerical optimization is used to generate energy efficient gaits in an offline process. According to the optimization results, artificially creating an underactuated controller for the DSP results in the most efficient gaits. Adding control tasks utilizing the full actuation or overactuation during the DSP significantly improves the gait stability.

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