0-Schritt-Erfassbarkeit, Bewegungszersetzung und globale Rückkopplungssteuerung des 3D-variablen Hoch-Inverted Pendulums

Eine gängige Methode zur Stabilisierung von Robotern nach einem Stoß ist der Instantane Capture Point (ICP). Allerdings hat diese Methode die grundlegende Einschränkung, dass sie eine konstante Höhe voraussetzt. Obwohl es mehrere Arbeiten gibt, die das Gleichgewicht von bipäden Robotern einschließlich Höhenunterschieden in 2D behandeln, ist die Literatur zu 3D-Modellen begrenzt. Es gibt Optimierungsverfahren, die einen variablen Druckpunkt (Center of Pressure, CoP) und Reaktionskräfte zum Boden verwenden, obwohl diese nicht den physischen Bereich angeben, in dem ein Roboter auftreten kann, und eine Vorabrechnung für die Analyse erfordern.In dieser Arbeit werden die notwendigen und hinreichenden Bedingungen zur Aufrechterhaltung des Gleichgewichts des 3D-Variablen-Höhen-Inverted-Pendulums (VHIP) sowohl mit festem als auch mit variablen CoP bereitgestellt. Wir beweisen zudem, dass das 3D-VHIP mit festem CoP dem 2D-VHIP entspricht, und verallgemeinern Steuerungen, die auf dem 2D-VHIP basieren, auf das 3D-VHIP. Darüber hinaus zeigen wir die Verallgemeinerung des divergierenden Bewegungsanteils (Divergent Component of Motion) auf das 3D-VHIP und bieten eine alternative Bewegungszerlegung für die unabhängige Analyse von Höhen- und CoP-Strategien. Dies ermöglicht es uns, frühere globale Rückkopplungssteuerungen, die im 2D-VHIP entwickelt wurden, auf das 3D-VHIP mit variablem CoP zu übertragen.