密歇根大学开发基于模型设计的双足机器人控制

MARLO的每条腿都是一个四连杆机构。腿由无刷直流电机驱动，通过机械齿轮和串联弹簧连接到上两个连杆。臀部由躯干上的马达驱动。该机器人有13个自由度(DOF)，但只有6个执行机构，从根本上来说是欠驱动的。欠驱动设计产生了更自然的步态，但它增加了控制设计的挑战，因为没有办法直接控制每个自由度。

在MABEL的早期开发工作中，一个精通编程的研究生用c编写了控制算法。代码运行得很好，但团队的其他成员发现很难理解和修改。在准备MARLO的过程中，Grizzle教授试图通过消除手工编码来加速开发。他需要让他的控制工程学生们建立算法原型，通过仿真验证它们，并在支持EtherCAT网络技术的实时硬件上实现它们。万博1manbetx

密歇根大学的团队使用了基于模型的设计和MATLAB^®和仿真软万博1manbetx件^®以加快MARLO和其他双足机器人实时控制系统的开发。

Buss和Griffin使用MATLAB和符号数学工具箱™来推导机器人的运动方程和拉格朗日模型。然后，他们编写了一个MATLAB脚本，应用常微分方程求解器来计算机器人的闭环动力学并模拟其行为。

在MATLAB中，该团队使用Grizzle团队开发的混合零动力学方法设计了一个非线性控制算法。他们使用优化工具箱™优化设计，以提高能效，同时满足峰值扭矩、关节角度和边界条件的约束。

该团队从一个简化模型开始，在这个模型中，机器人的腿被固定在地面上。然后，他们将控制器整合到一个更详细的Simulink模型中，该模型包括顺从的地面反作用力和脚下的滑动摩擦。万博1manbetx他们使用了statflow^®建立机器人状态的顺序决策逻辑模型，包括步态起始序列。

在通过仿真验证控制器后，他们使用Simulink Coder™和MATLAB Coder™从控制器模型中生成代码。万博1manbetx他们编译了代码，并将其部署到运行Simulink real-time™的Speedgoat Mobile实时目标机上。万博1manbetx

在来访的工程师加布里埃尔·布赫(Gabriel Buche)的协助下，他们通过EtherCAT网络将“快羊”硬件连接到MARLO的传感器和执行器上，使机器人在测试过程中可以自由移动。该团队在MATLAB中对测试数据进行了后处理和可视化，并基于此分析对控制器增益和其他参数进行了优化。

MARLO已经在户外行走了，团队目前正在改进控制器，使它能够在斜坡和其他不平坦的地形上行走。