密歇根大学的发展对双足机器人的控制与基于模型的设计
挑战
解决方案
结果
- 控制器开发加速
- 关注高层目标维护
- 方法采用其他机构
“作为一个工程师很自然让我考虑一个机器人的运动方程,控制,和信号。基于模型的设计,简单的代表和模拟我的想法作为模型,然后生成代码来测试他们在实时硬件。”
布莱恩·巴斯大学(University of Michigan)
开发一个两条腿机器人能像人一样走路和跑步是机器人研究的一个关键目标。2011年,密歇根大学教授杰西斑白的头发和一个小的博士生团队先进和梅布尔朝着这一目标,一个两足机器人,可以九分钟跑完一英里,谈判一个布偶步骤后恢复经济的平衡。
虽然梅布尔需要支持横向稳定繁荣,它的继任者,玛万博1manbetx洛,可以在三维空间自由移动,使控制设计的挑战。然而,灰色的教授和学生布莱恩·巴斯和布伦特格里芬已经开发出实时控制系统,玛洛梅布尔在哪里不能去户外,远离实验室。团队加速开发利用基于模型的设计。
与基于模型的设计我们可以开发控制器,工作不仅仅是一个机器人,但是在整个系列中,“抱怨说。“控制工程师进入我集团已经知道MATLAB。而不是追逐指针在C代码,他们建立在知识模型和仿真软件验证一个理论的实时和快速行动模拟实现一个实时系统。”万博1manbetx
挑战
每个玛洛的腿是一个四连杆。腿是由无刷直流电机通过机械连接到上面的两个链接系列齿轮和弹簧。臀部是由电动机驱动的躯干。与13个自由度(自由度),但只有6个致动器,根本上是欠驱动机器人。驱动设计产生一个更自然的步态,但化合物控制设计挑战,因为没有办法直接控制每一个自由度。
梅布尔的开发工作,研究生在c程序员写的专家控制算法代码运行良好,但是其余的团队发现很难理解和修改。在准备玛洛,灰色的教授为了加快发展,消除手工编码。他需要使他控制工程学生原型算法,并通过仿真,验证他们实施实时硬件支持EtherCAT网络技术。万博1manbetx
解决方案
密歇根大学的研究小组利用基于模型的设计与MATLAB®和仿真软万博1manbetx件®加快发展为玛洛和其他两足机器人实时控制系统。
巴斯和格里芬用MATLAB和符号数学工具箱™获得运动方程和拉格朗日模型的机器人。然后写了MATLAB脚本,一个普通的微分方程解算器应用于计算机器人的闭环动态和模拟其行为。
在MATLAB,团队设计了一个非线性控制算法使用混合的零动态方法由灰色的团队开发的。他们使用优化工具箱™优化设计对能源效率,同时满足限制峰值扭矩,关节角和边界条件。
团队开始于一个简化模型的机器人的腿固定在地上。然后他们把控制器到更详细的仿真软件模型,包括地面兼容的反作用力和滑动摩擦脚下。万博1manbetx他们用Stateflow®序贯决策逻辑模型的机器人的状态,包括步态起始序列。
通过仿真验证控制器后,他们从控制器模型生成的代码使用仿真软件编码器™和MATLAB编码器™。万博1manbetx编译代码和部署到Speedgoat移动实时目标机器运行仿真软件实时™。万博1manbetx
Gabriel大餐的协助下,来访工程师,他们连接Speedgoat硬件玛洛的传感器和执行器通过一个EtherCAT网络,使机器人能够在测试会话期间自由行动。团队位和MATLAB可视化测试数据,和优化控制器收益和其他参数在此基础上分析。
玛洛已经走在户外,团队目前正在控制器的改进使它能够走在山坡上和其他不平坦的地形。
结果
控制器开发加速。“当学生用C从手动转向从模型生成代码使用仿真软件编码器,它被刷新算法的形式我能容易理解,“抱怨说。万博1manbetx“加上代码生成加快发展,因为少了一个步骤,有要做。”
关注高层目标维护。“我最初的舒适度与MATLAB逐渐扩大到包括模拟、优化、代码生成、仿真软件和仿真软件编码器,”格里芬。万博1manbetx”,而不是花时间编码克服障碍,我可以专注于我们的目标,因为我总是有我需要的工具。”
方法采用其他机构。“当其他研究人员看到,我们已经直接从控制器在MATLAB和Simulink开发与实时仿真软件实时实现,他们变得非常兴奋,“抱怨说。万博1manbetx“我们采取的方法是现在被用于其他部门在密歇根大学的机器人其他大学的研究人员,包括麻省理工学院和俄勒冈州立大学。”
密歇根大学是全球1300所大学之一,为MATLAB和Simulink提供校园范围内的访问。万博1manbetx校园范围内的许可,研究人员、教师和学生可以访问公共配置的产品,在最新版本级别上,用在教室里,在家里,在实验室或在该领域。s manbetx 845
