第一篇----行走控制的研究现状:双足机器人&四足机器人

最近打算入门双足机器人、四足机器人,通过在网上搜索,整理一份比较全面的介绍目前发展状况的资料。

需要关注的几个学术大牛人物

  • Marc Raibert

网站为:MIT Leg Laboratory, 网站上的东西比较老了(一九八几----一九九几年),控制的基本思想是进行decouple,具体可以看他的那边很老的书;后来boston dynamics搞得据说是类似的思想,细节大家也都是在猜,如果有人知道麻烦补充。里面有一些仿真的实例和机器人模型。

  • Russ Tedrake

MIT的Robot Locomotion Group,教授

  • Sangbae Kim

Biometric robotics lab,教授,electric actuated cheetah

  • Andy Ruina

Cornell的老师,背景主要是力学的,搞成名的是passive dynamic based walking, passive dynamic walking最早是Tad Mcgeer发现的,Runia弄到了3D加了actuation, 前几年弄了个ranger,走了很多里路,后来国内有人借鉴还弄了个世界纪录(不评价)。

  • Canid

UPenn Daniel Koditschek 组里的Canid(Kod*lab : Projects)

  • Dynamic Robotics Laboratory

 

  • Jessy Grizzle

UMichigan的老师,主要开创了HZD的方法,用在full body dynamics上加virtual constraints然后进行parameter optimization,具体可以看他的那本书入门,或者直接找03年的TAC的文章,实验从2D walking running,然后到现在3D walking on wave field什么的,都屌屌的;近些年的研究方向没有具体跟进了解。

  • Aaron Ames

刚从gatech搬到Caltech,在HZD的基础上演进了PHZD,把其弄到了多个domain,拓展了应用,还在low level的control上使用了control 李雅普诺夫 方程等,最近开始想把行走搞到外太空了。。

  • Jonathan Hurst

OSU的老师,他主要在造机器人上搞了不少,Grizzle用的Mable和现在用的Marlo还有马上买入的Cassie都是Hurst及其团队造出来的,其调出的controller基本基于spring loaded inverted pendulum, 基于经验调的东西不知有多少,方法数学上的深度相对一般,通用性有限 (个人见解)。

  • Jerry Pratt,iHmc,virtual model control,capture point

喜欢用mechanics intuition比较强的model进行控制,

  • Russ Tedrake

MIT的老师,最早是用reinforcement learning搞了campass gait walking,后来有搞rough terrain,再到现在DRC搞了很多optimization based motion planning,不仅仅是走路了。

日本的实验室基本一直都是直接从humanoid开始,用low dimensional model进行控制,公认影响最大的应该是Shuuji Kajita的LIMP。

  • 意大利的IIT Dynamic Legged Systems, 他们做的HyQ机器人同boston dynamics的big dog 类似,都是用hydraulics actuator

国内做的怎么样?

有没有能与之匹敌的实验室。这里,我将我知道的国内做BigDog的实验室研究生列出,主要参考是2010年国家的863计划先进制造领域发布的“高性能四足仿生机器人”主体项目指南,共有五所高校参与[5],

北京理工、山东大学、哈尔滨工业大学、国防科技大学、上海交通大学

这五所高校均于2013年1月在国家地震紧急救援训练基地进行了行走实验,完成了砂石路、砾石路,上下坡路等地形的行走。视频就不贴了,反正效果不是很好,基本只是解决了有无问题,不过无论如何,小步快走还是可以走的,偶尔漏个油啊,发动机过热熄火啊等问题大家就别记在心上了。
 

  • 清华大学自动化系机器人实验室 

移动机器人实验室,以机器人控制实验、SRT项目、国内外机器人竞赛三者相结合为特色,以RoboCup中的相关研究为手段培养本科生在实践中掌握和综合运用知识,并培养创新精神和合作能力。

研究基于passive dynamic waliing 的动态算法,建立人体的骨骼-神经-肌肉模型,达到真正的仿人效果。

  • 山东大学的液压四足机器人

据说是在硬件上是最完善的

  • 葛文杰

西北工业大学有技术积累。

  • 宇树科技

莱卡狗


需要关注的知乎大牛

  • 李淼robot

重点关注他的回答。

期刊

http://robotics.sciencemag.org/

参考文献:

链接:https://www.zhihu.com/question/28135428/answer/49070931
[1] M. Raibert, K. Blankespoor, G. Nelson et al. Bigdog, the rough-terrain quadruped robot[C]// Proceedings of the 17th World Congress. 2008: 10823-10825.

[2] M. H. Raibert, Legged robots that balance: MIT press Cambridge, MA, 1986.

[3] M. H. Raibert. Legged robots[J]. Communications of the ACM, 1986, 29(6): 499-514.

[4] M. H. Raibert. Running with symmetry[J]. The International journal of robotics research, 1986, 5(4): 3-19.

[5] 王立鹏, 液压四足机器人驱动控制与步态规划研究[D], 北京理工大学, 2014.

W. Lipeng. Research on Control and Gait Planning for a Hydraulic Quadruped Robot [D]. Beijing Institute of Technology, 2014.

[6] G. Junyao, D. Xingguang, H. Qiang et al. The research of hydraulic quadruped bionic robot design[C]// Complex Medical Engineering (CME), 2013 ICME International Conference on. 2013: 620-625.

[7] 柴汇, 孟健, 荣学文 et al. 高性能液压驱动四足机器人 SCalf 的设计与实现[J]. 机器人, 2014, 36(4): 385-391.

[8] C. Semini. HyQ—Design and development of a hydraulically actuated quadruped robot[J]. PD Thesis, University of Genoa, Italy, 2010

 

双足机器人

  • University of Tokyo的JSK -Home-

这个实验室分化出的队伍作出了Schaft,在2013年的DARPA Robotics Challenge Trial上拔得头筹,击败了几只使用Boston Dynamics Atlas的队伍

  • 美国的Florida Institute for Human and Machine Cognition (IHMC),这是个独立于学校的研究机构。他们自己做出了 M2V2 Humanoid, 现在正在使用Boston Dynamics的Atlas和NASA的Valkyrie

 

  • CMU的Robotics Institute, 他们做了sarcos机器人 Robotics Institute Research Guide : Humanoids

 

  • 德国DLR DLR Portal - News,他们最近刚刚作出了Toro机器人。非常惊艳。可以做force control,也有足够的关节自由度。


参考论文

 

[1] Design and Simulation for a hydraulic actuated quadruped Robot, Xuewen Rong, Yibin Li, Jiuhong Ruan, Bin Li, Journal of Mechanical Science and Technology 26 (4) (2012) 1171~1177
[2] A quadruped robot with parallel mechanism legs, Feng Gao, Chenkun Qi, Qiao Sun, Xianbao Chen and Xinghua Tian, 2014 IEEE International Conference and Robotics and Automation
[3] Design of High Torque and High Speed Leg Module for High Power Humanoids, J Urata, Y Nakanishi, K Okada, M Inaba, 2010 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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