虚拟模型控制

在机器人身上假想挂上弹簧阻尼器，把它们产生的力换算成关节力矩来控制。

虚拟模型控制由 MIT 腿足实验室的 Jerry Pratt 等提出，2001 年发表于 IJRR，最早用于平面双足机器人行走。做法是：在机器人身体和某个参考点之间假想挂上弹簧、阻尼器等「虚拟构件」，比如在躯干上挂一个把它拉到目标高度的弹簧，按弹簧阻尼公式算出虚拟力 F，再用雅可比转置 τ = Jᵀ F 换算成支撑腿各关节的力矩 τ（J 是关节速度到身体速度的映射矩阵）。它不需要完整的动力学模型，也不用解逆运动学，参数有直观的物理含义，调起来像调弹簧软硬。论文里的机器人只靠脚底接触检测，就能在事先不知道坡度的情况下走过斜坡和起伏地面。它忽略了腿本身的惯性，属于准静态近似，动作越激烈误差越大。后来也常用于四足、轮足机器人的腿部力控。

例子双足机器人在支撑相：躯干上挂一个竖直虚拟弹簧阻尼器维持身高，一个扭簧维持躯干直立，一个水平阻尼器控制前进速度；三个虚拟力经 τ = Jᵀ F 换成髋、膝、踝的力矩。

也叫

Virtual Model Control、虚拟弹簧阻尼控制

相关

雅可比转置法、阻抗控制、力矩控制、双足行走、全身控制、Raibert 启发式

来源

Pratt, Chew, Torres, Dilworth, Pratt: Virtual Model Control: An Intuitive Approach for Bipedal Locomotion (IJRR 2001)