46、新型六足滑雪机器人的设计与控制

新型六足滑雪机器人的设计与控制

1. 引言

近年来，越来越多的足式机器人进入了公众生活，它们能完成诸如导盲、安全检查、家庭陪伴等各种任务。在滑雪领域，研究人员通过模仿人类滑雪行为设计了滑雪机器人。不过，目前滑雪机器人的研究仍处于起步阶段，且主要集中在仿人机器人上。

之前已经有不少相关研究成果，比如Yoneyama等人开发了配备两个滑雪板且每条腿有六个自由度的双足机器人，主要研究关节运动对滑雪转弯的影响；Iverach - brereton等人使用类人机器人Jennifer设计滑雪机器人，通过PID控制器调整身体姿势以实现高山滑雪的简单转弯和制动动作；在平昌2018年冬奥会的滑雪机器人比赛中，一些类人滑雪机器人能完成自主滑行并避开旗帜；2020年北京滑雪机器人挑战赛中开发的双足高山滑雪机器人，运用DDPG强化学习方法建立机器人倾斜角度、滑板切割角度和转弯半径之间的关系；2022年北京冬奥会亮相的首个六足滑雪机器人，能在雪坡上高速滑行并避开障碍物和人群。

在将涵道风扇应用于机器人方面，Huang等人开发了滑动步态和基于序列二次规划的姿态优化方法，并应用于脚部带有涵道风扇的双足机器人Jet - HR1，该机器人能跨越宽度达腿部长度97%的沟渠；Li等人设计了名为Jet - HR2的飞行双足机器人，有四个涵道风扇推进系统，基于推力矢量控制方法实现了成功起飞并在低推重比条件下保持稳定，起飞高度超过1000mm。

然而，当前的滑雪机器人与人类滑雪仍存在一定差距，大多数滑雪机器人只能在雪坡上向下滑行。本文旨在开发机器人在平坦地面和上坡滑雪的能力，这对于滑雪机器人在各种地形中高效执行任务具有重要意义。为降低控制难度，引入了涵道风扇推进系统（DFPS）为六足滑雪机器人（SLSR