姓名：徐 喆
专业：机械工程
导师：高峻峣
年级：2013级硕博连读生
学院：机械学院
访学时间：2015年10月至2017年5月25日
研究课题：双足机器人步态规划和稳定性控制
联培单位：美国卡内基梅隆大学

一、联培科研情况

1、研究课题

双足机器人步态规划和稳定性控制是现在腿足机器人领域内一个非常重要的研究方向，在这个领域内，美国和日本的机器人在近十年取得了飞速的发展。大家最熟悉的例子就是当今腿足机器人界的两大“网红”，美国波士顿动力公司的Atlas机器人和日本本田公司的Asimo机器人。所以，为了能够学习到最前沿的知识，我在机器人研究所所长黄强教授和副所长高峻峣老师的支持下，到在机器人领域内名列世界前茅的美国卡内基梅隆大学，师从Stelain Coros教授开展有关腿足机器人的研究。在这19个月的联合培养中，我取得了多项研究成果，并发表了两篇SCI期刊论文。我提出了一种基于弹簧倒立摆模型的可变腿长和刚度的机器人运动模型，并在仿真中充分证明了该模型在双足机器人运动规划和稳定性控制方面具有非常好的应用价值。之前已有的模型不能满足机器人起步时步幅较小的运动步态，所以只能在第一步就进行大幅加速。我提出的模型可以通过变化腿部虚拟弹簧的自然长度来完成从静止状态开始的稳定加速。另一方面，由于人体具有步行、脚跟落地奔跑和前脚掌落地奔跑等多种步态，我又结合人体运动数据，提出了一种通过变化腿部虚拟弹簧刚度来实现不同步态的方法。在行走状态下，模型腿部刚度最低，可以实现类似人类行走的步态，并实现1m/s的步行速度。通过提升刚度，能够实现后脚跟着陆的奔跑方式，这种步态需要在落地相位中控制机器人脚底的压力中心，使其随着运动从后脚跟运动到前脚掌。为了实现前脚掌落地奔跑方式，刚度需要进一步提高。这种步态将脚部的长度算入到机器人整体腿长中，所以腿长相对前一种步态有所提高。通过理论计算和物理仿真可以发现，我提出的方法可以从动力学和运动学上模拟人体的运动步态。这就充分说明了本人提出的方法具有仿生特性和良好的应用价值，可以使机器人完成类似人体的各种步态。

2、参加科研情况

美国卡内基梅隆大学每周都会举办有关腿足机器人的研讨会，由相关领域的老师和博士研究生轮流介绍自己近期的研究成果。研讨会相比正规学术会议更加轻松，也更加容易头脑风暴想出更好的想法。我在学习期间一共做了两次报告，同学和老师们提出的各种意见和建议让我受益匪浅，对我的研究起到了非常好的促进作用。

二、联培科研成果

1、Z．Xu, J. Gao，“RobotSimulations Based on Bipedal Spring-Mass Model With Variable Slack Length andStiffness”，IEEE Access, January 2017, vol. 5，pp.1156-1163.

2、Z. Xu, J.Gao “Bionic control scheme based on muscle–tendon unit for electrohydrauliccylinder”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part I:Journal of Systems and Control Engineering, July 2016, vol. 230, issue 9, pp. 921-931.

3、Z. Xu, J.Gao, C. Liu, “Stability analysis of quadruped robot based on compliant control”， Roboticsand Biomimetics (ROBIO), 2016 IEEE International Conference on. IEEE, 2016: pp.236-241.

徐喆博士和优必选机器人公司王总合影