51、机器人执行器透明度与能量成本探究

机器人执行器透明度与能量成本探究

1. 实验背景与设定

在机器人研究领域，对于浮动基座机器人的控制和执行器性能的研究至关重要。为了评估不同的干扰观测器模型以及执行器的性能，进行了一系列实验。

实验中涉及到两种干扰观测器模型：提出的接触一致干扰观测器模型和基于动量的干扰观测器模型。在实验设置方面，使用 F/T 传感器测量人手处的力，并与附着在躯干的虚拟关节上的干扰扭矩 $\Gamma_{dis}$ 的估计值进行比较。此外，还将右踝关节滚动（RAR）关节上的 $\Gamma_{dis}$ 估计值与右脚处 F/T 传感器的测量值进行比较。

控制增益 $k_p$ 和 $k_v$ 分别设置为 30.0 和 7.5，两种观测器模型的一阶低通滤波器的截止频率均设置为 50.0 rad/s。关节角速度 $\dot{q}$ 和角加速度 $\ddot{q}$ 通过编码器值 $q$ 的一阶和二阶微分计算得出，且未进行滤波。基座的线速度和角速度通过附着在躯干的 IMU 测量值与躯干相对于支撑脚的相对速度融合得到。为防止支撑脚抬起，对机器人应用了平衡控制器。

2. 实验一：外部力估计

当施加外部力时，观察到躯干在 y 方向的轨迹存在稳态误差，这是由于控制增益设置较低所致。右支撑脚接触点的加速度通过公式 $\ddot{x} {c,est} = \dot{J}_c \dot{q} + J \ddot{q} {est}$ 计算得出。在 x 和 z 方向上，$\ddot{x}_{c,est}$ 的最大幅值超过 10.0 m/s²，在 y 方向上超过 50.0 m/s²，这些值过大，被认为主要源于计算中的数值误差。