系列弹性执行器（SEA）具有固有的合规性，可为机器人提供安全的扭矩来源，这些源是与各种环境相互作用的机器人，包括人类。这些应用对海体扭矩控制器有很高的要求，扭矩响应以及与其环境的相互作用行为。为了区分现有技术的扭矩控制器，这项工作正在引入统一的理论和实验框架，其基于它们的扭矩传递行为，表观阻抗行为，特别是表观阻抗的钝化性，即它们的相互作用稳定性，也是如此作为对传感器噪声的敏感性。我们比较经典的海上控制方法，如级联PID控制器和全状态反馈控制器，使用干扰观察者，加速反馈和适应规则，具有先进的控制器。仿真和实验证明了稳定的相互作用，高带宽和低噪声水平之间的折衷。基于这些权衡，可以基于与各个环境的所需交互来设计和调整特定于应用程序特定控制器。

精确和高保真力控制对于与人类和未知环境相互作用的新一代机器人至关重要。移动机器人（例如可穿戴设备和腿部机器人）也必须轻巧才能完成其功能。已经提出了静液压传输，作为满足这两个具有挑战性要求的有前途的策略。在以前的出版物中，结果表明，使用磁性执行器（MR）执行器与静水透射率相结合，可提供高功率密度和出色的开环人类机器人相互作用。尽管如此，传输动力学和非线性摩擦仍会降低低频和高频下的开环力保真度。这封信比较了MR-Hydrstortic执行器系统的控制策略，以增加其扭矩保真度，该扭矩屈服于带宽（测量得出的扭矩参考）和透明度（最小化在机器人背后反射到最终效应器的不需要的力）。开发了四种控制方法并通过实验进行比较：（1）具有摩擦补偿的开环控制； （2）非集中压力反馈； （3）压力反馈； （4）LQGI状态反馈。还实施了抖动策略来平滑球螺钉摩擦。结果表明，方法（1），（2）和（3）可以提高性能，但面临妥协，而方法（4）可以同时改善所有指标。这些结果表明，使用控制方案使用束缚架构来改善机器人的力控制性能的潜力，从而解决了传输动力学和摩擦等问题。

微空中车辆（MAVS）在户外操作的限制靠近障碍物，通过他们承受风阵风的能力。目前广泛的位置控制方法，例如比例整体衍生物控制在阵风的影响下不会均匀。增量非线性动态反转（INDI）是一种基于传感器的控制技术，可以控制受扰动的非线性系统。它是为载人飞机或MAVS的态度控制而开发的。在本文中，我们将这种方法概括为严重燃烧负载下MAV的外环控制。在一个实验中对传统的比例积分衍生物（PID）控制器的显着改进进行了说明，其中四轮电机在10米/秒的吹风机排气进出中。控制方法不依赖于频繁的位置更新，如使用标准GPS模块的外部实验中所示。最后，我们研究了使用线性化来计算推力向量增量的效果，与非线性计算相比。该方法需要很少的建模并且是计算效率。

我们为频率域的弹性驱动（S（D）EA）建立了必要的条件，同时在速度产生的阻抗控制（VSIC）下呈现无效阻抗和理想弹簧。我们在闭环控制下引入了S（d）EA的被动物理当量，以帮助建立对被动性界限的直观理解，并突出不同植物参数和控制器增益对系统闭环性能的影响。通过被动物理当量，我们严格地比较了不同植物动力学（例如，SEA和SDEA）以及不同级联的控制器架构（例如P-P和P-PI）对系统性能的影响。我们表明，被动物理等效物为有效的阻抗分析建立了一种自然手段。我们提供了理论结果的实验验证，并评估了VSIC下的S（d）EA的触觉渲染性能。

Legged robots pose one of the greatest challenges in robotics. Dynamic and agile maneuvers of animals cannot be imitated by existing methods that are crafted by humans. A compelling alternative is reinforcement learning, which requires minimal craftsmanship and promotes the natural evolution of a control policy. However, so far, reinforcement learning research for legged robots is mainly limited to simulation, and only few and comparably simple examples have been deployed on real systems. The primary reason is that training with real robots, particularly with dynamically balancing systems, is complicated and expensive. In the present work, we report a new method for training a neural network policy in simulation and transferring it to a state-of-the-art legged system, thereby we leverage fast, automated, and cost-effective data generation schemes. The approach is applied to the ANYmal robot, a sophisticated medium-dog-sized quadrupedal system. Using policies trained in simulation, the quadrupedal machine achieves locomotion skills that go beyond what had been achieved with prior methods: ANYmal is capable of precisely and energy-efficiently following high-level body velocity commands, running faster than ever before, and recovering from falling even in complex configurations.

为了在医疗和工业环境中广泛采用可穿戴机器人外骨骼，至关重要的是，它们可以适应性地支持大量运动。我们提出了一种新的人机界面，以同时在一系列“看不见的”步行条件和未用于建立控制界面的“看不见”步行条件和过渡期间同时驱动双侧踝部外骨骼。提出的方法使用人特异性的神经力学模型从测量的肌电图（EMG）和关节角度实时估算生物踝关节扭矩。基于干扰观察者的低级控制器将生物扭矩估计转换为外骨骼命令。我们称此“基于神经力学模型的控制”（NMBC）。 NMBC使六个人能够自愿控制六个步行条件下的双边踝部外骨骼，包括所有中间过渡，即两个步行速度，每个步行速度在三个地面高程中进行，不需要预先定义的扭矩轮廓，也不需要先验选择的神经肌肉肌肉反射规则，或国家机器在文献中很常见。在涉及月球漫步的灵活的运动任务上进行了一个单一的主题案例研究。 NMBC始终启用能够减少生物踝扭矩，以及与非辅助条件相比，在步行条件（24％扭矩； 14％EMG）之间以及步行条件（24％扭矩； 14％EMG）之间的八个踝部肌肉EMG。新型步行条件下的扭矩和EMG减少表明，外骨骼在操作员的神经肌肉系统控制的外观上进行了共生。这为系统地采用可穿戴机器人作为现场医疗和职业环境的一部分开辟了新的途径。

虽然在各种应用中广泛使用刚性机器人，但它们在他们可以执行的任务中受到限制，并且在密切的人机交互中可以保持不安全。另一方面，软机器鞋面超越了刚性机器人的能力，例如与工作环境，自由度，自由度，制造成本和与环境安全互动的兼容性。本文研究了纤维增强弹性机壳（释放）作为一种特定类型的软气动致动器的行为，可用于软装饰器。创建动态集参数模型以在各种操作条件下模拟单一免费的运动，并通知控制器的设计。所提出的PID控制器使用旋转角度来控制多项式函数之后的自由到限定的步进输入或轨迹的响应来控制末端执行器的方向。另外，采用有限元分析方法，包括释放的固有非线性材料特性，精确地评估释放的各种参数和配置。该工具还用于确定模块中多个释放的工作空间，这基本上是软机械臂的构建块。

二次运动的准确轨迹跟踪控制对于在混乱环境中的安全导航至关重要。但是，由于非线性动态，复杂的空气动力学效应和驱动约束，这在敏捷飞行中具有挑战性。在本文中，我们通过经验比较两个最先进的控制框架：非线性模型预测控制器（NMPC）和基于差异的控制器（DFBC），通过以速度跟踪各种敏捷轨迹，最多20 m/s（即72 km/h）。比较在模拟和现实世界环境中进行，以系统地评估这两种方法从跟踪准确性，鲁棒性和计算效率的方面。我们以更高的计算时间和数值收敛问题的风险来表明NMPC在跟踪动态不可行的轨迹方面的优势。对于这两种方法，我们还定量研究了使用增量非线性动态反演（INDI）方法添加内环控制器的效果，以及添加空气动力学阻力模型的效果。我们在世界上最大的运动捕获系统之一中进行的真实实验表明，NMPC和DFBC的跟踪误差降低了78％以上，这表明有必要使用内环控制器和用于敏捷轨迹轨迹跟踪的空气动力学阻力模型。

在本文中，我们分析了具有基于视觉导航的无人机（UAV）的时间延迟动力学对控制器设计的影响。时间延迟是网络物理系统中不可避免的现象，并且对无人机的控制器设计和轨迹产生具有重要意义。时间延迟对无人机动态的影响随着基于视力较慢的导航堆栈的使用而增加。我们表明，文献中的现有模型不包括时间延迟，不适合控制器调整，因为一个微不足道的解决方案始终存在错误的解决方案。我们确定的微不足道的解决方案表明，使用无限控制器的利益来实现最佳性能，这与实际发现相矛盾。我们通过引入无人机的新型非线性时间延迟模型来避免这种缺点，然后获得与每个UAV控制回路相对应的一组线性解耦模型。分析了角度和高度动力学的线性时间延迟模型的成本函数，与无延迟模型相反，我们显示了有限的最佳控制器参数的存在。由于使用了时间延迟模型，我们在实验上表明，所提出的模型准确地表示系统稳定性限制。由于时间延迟的考虑，我们使用基于视觉探视的无人机（VO）导航，在跟踪峰值速度为2.09 m/s的lemsistate轨迹时，我们实现了RMSE 5.01 cm的跟踪结果，这与最新-艺术。

本文提出了一项新颖的控制法，以使用尾随机翼无人驾驶飞机（UAV）进行准确跟踪敏捷轨迹，该轨道在垂直起飞和降落（VTOL）和向前飞行之间过渡。全球控制配方可以在整个飞行信封中进行操作，包括与Sideslip的不协调的飞行。显示了具有简化空气动力学模型的非线性尾尾动力学的差异平坦度。使用扁平度变换，提出的控制器结合了位置参考的跟踪及其导数速度，加速度和混蛋以及偏航参考和偏航速率。通过角速度进纸术语包含混蛋和偏航率参考，可以改善随着快速变化的加速度跟踪轨迹。控制器不取决于广泛的空气动力学建模，而是使用增量非线性动态反演（INDI）仅基于局部输入输出关系来计算控制更新，从而导致对简化空气动力学方程中差异的稳健性。非线性输入输出关系的精确反转是通过派生的平坦变换实现的。在飞行测试中对所得的控制算法进行了广泛的评估，在该测试中，它展示了准确的轨迹跟踪和挑战性敏捷操作，例如侧向飞行和转弯时的侵略性过渡。

在各种条件下行走期间关节阻抗的知识与临床决策以及机器人步态培训师，腿部假体，腿矫形器和可穿戴外骨骼的发展相关。虽然步行过程中的脚踝阻抗已经通过实验评估，但尚未识别步行期间的膝盖和髋关节阻抗。在这里，我们开发并评估了下肢扰动器，以识别跑步机行走期间髋关节，膝关节和踝关节阻抗。下肢扰动器（Loper）由致动器组成，致动器通过杆连接到大腿。 Loper允许将力扰动施加到自由悬挂的腿上，同时站立在对侧腿上，带宽高达39Hz。在以最小的阻抗模式下行走时，Loper和大腿之间的相互作用力低（<5N），并且对行走图案的效果小于正常行走期间的对象内变异性。使用摆动腿动力学的非线性多体动力学模型，在摆动阶段在速度为0.5米/秒的速度的九个受试者期间估计臀部，膝关节和踝关节阻抗。所识别的模型能够预测实验反应，因为分别占髋部，膝关节和踝部的平均方差为99％，96％和77％。对受试者刚度的平均分别在34-66nm / rad，0-3.5nm / rad，0-3.5nm / rad和2.5-24nm / rad的三个时间点之间变化，分别用于臀部，膝部和踝关节。阻尼分别在1.9-4.6 nms / rad，0.02-0.14 nms / rad和0.2-2.4 nms / rad的0.02-0.14 nms / rad供应到0.2-2.4nms / rad。发达的洛普勒对不受干扰的行走模式具有可忽略的影响，并且允许在摆动阶段识别臀部，膝关节和踝关节阻抗。

机器人远程操作将使我们能够在危险或偏远的环境中执行复杂的操纵任务，例如行星勘探或核退役所需的。这项工作提出了使用被动分形阻抗控制器（FIC）的新型远程注射架构，该结构并不依赖于主动粘性组件以保证稳定性。与传统的阻抗控制器在理想条件下（无延迟和最大通信带宽）相比，我们提出的方法在交互作用方面产生了更高的透明度，并在我们的远程注射测试方案中证明了卓越的敏捷性和能力。我们还以高达1 s的极端延迟和通信带宽低至10 Hz的极端延迟来验证其性能。所有结果在具有挑战性的条件下使用拟议的控制器时，无论操作员的专业知识如何，所有结果都可以验证一致的稳定性。

我们描述了更改 - 联系机器人操作任务的框架，要求机器人与对象和表面打破触点。这种任务的不连续交互动态使得难以构建和使用单个动力学模型或控制策略，并且接触变化期间动态的高度非线性性质可能对机器人和物体造成损害。我们提出了一种自适应控制框架，使机器人能够逐步学习以预测更改联系人任务中的接触变化，从而了解了碎片连续系统的交互动态，并使用任务空间可变阻抗控制器提供平滑且精确的轨迹跟踪。我们通过实验比较我们框架的表现，以确定所需的代表性控制方法，以确定我们框架的自适应控制和增量学习组件需要在变化 - 联系机器人操纵任务中存在不连续动态的平稳控制。

超级机器人四肢（SRL）是可穿戴的机器人，通过充当同事，到达物体，支撑人的武器等来增强人类能力。但是，现有的SRL缺乏可控制互动力所需的机械背景和带宽作为绘画，操纵脆弱的物体等。具有高带宽的高度背景，而最小化重量则带来了由常规电磁执行器的有限表现施加的重大技术挑战。本文研究了使用磁性（MR）离合器耦合到低摩擦式静液传动的可行性，以提供高功能强大但可轻巧，可控制的SRL。设计和建造了2.7千克二线可穿戴机器人手臂。肩膀和肘关节的设计可提供39和25 nm，运动范围为115和180 {\ deg}。在一氧化基督测试台上进行的实验研究并在分析上进行了验证，即使在与外部阻抗相互作用时，也表明了高力带宽（> 25 Hz），并且能够控制相互作用的能力。此外，研究并通过实验研究了三种力对照方法：开环，闭环力和压力上的闭环。所有三种方法均显示为有效。总体而言，拟议的MR-Hydrstoratic致动系统非常适合与人类和环境相互作用的轻量级SRL，从而增加了无法预测的干扰。

对控制框架的兴趣越来越大，能够将机器人从工业笼子转移到非结构化环境并与人类共存。尽管某些特定应用（例如，医学机器人技术）有了显着改善，但仍然需要一个一般控制框架来改善鲁棒性和运动动力学。被动控制者在这个方向上显示出令人鼓舞的结果。但是，他们通常依靠虚拟能源储罐，只要它们不耗尽能量，就可以保证被动性。在本文中，提出了一个分形吸引子来实施可变的阻抗控制器，该控制器可以保留不依赖能箱的无源性。控制器使用渐近稳定电位场在所需状态周围生成一个分形吸引子，从而使控制器稳健地对离散化和数值集成误差。结果证明它可以在相互作用过程中准确跟踪轨迹和最终效应力。因此，这些属性使控制器非常适合需要在最终效应器上进行鲁棒动态相互作用的应用。

由于治疗益处和减轻劳动密集型工作的能力，在临床应用中使用康复机器人技术的重要性提高了。但是，他们的实际效用取决于适当的控制算法的部署，这些算法根据每个患者的需求来适应任务辅助的水平。通常，通过临床医生的手动调整来实现所需的个性化，这很麻烦且容易出错。在这项工作中，我们提出了一种新颖的在线学习控制体系结构，能够在运行时个性化控制力量。为此，我们通过以前看不见的预测和更新率来部署基于高斯流程的在线学习。最后，我们在一项实验用户研究中评估了我们的方法，在该研究中，学习控制器被证明可以提供个性化的控制，同时还获得了安全的相互作用力。

在康复任务期间，实施了现有混合中风康复方案的线性模型的比例迭代学习控制（P-ILC）。由于P-ILC的瞬时误差生长问题，包括学习派生的约束控制器，以确保每个试验中受控系统不会超过预定义的速度极限。为此，开发了机器人最终效应器相互作用与中风受试者（植物）的线性传递函数模型以及对刺激控制器的肌肉反应。 0-0.3 m范围的直线点点轨迹是工厂，进料和反馈刺激控制器的参考任务空间轨迹。在每个试验中，基于SAT的有界误差导数ILC算法是学习约束控制器。开发并模拟了三个控制配置。使用根均值平方误差（RMSE）和归一化的RMSE评估系统性能。在不同的ILC增益超过16次迭代时，当组合对照构型时，将获得0.0060 m的位移误差。

This study proposes novel control methods that lower impact force by preemptive movement and smoothly transition to conventional contact impedance control. These suggested techniques are for force control-based robots and position/velocity control-based robots, respectively. Strong impact forces have a negative influence on multiple robotic tasks. Recently, preemptive impact reduction techniques that expand conventional contact impedance control by using proximity sensors have been examined. However, a seamless transition from impact reduction to contact impedance control has not yet been accomplished. The proposed methods utilize a serial combined impedance control framework to solve this problem. The preemptive impact reduction feature can be added to the already implemented impedance controller because the parameter design is divided into impact reduction and contact impedance control. There is no undesirable contact force during the transition. Furthermore, even though the preemptive impact reduction employs a crude optical proximity sensor, the influence of reflectance is minimized using a virtual viscous force. Analyses and real-world experiments confirm these benefits.

通过使用传统的控制器大学难以实现现实世界中的机器人运动的产生，并且需要高度智能处理。在这方面，目前正在研究基于学习的运动世代。然而，主要问题已经改善了对空间不同环境的适应性，但是没有详细研究操作速度的变化。在富有的接触任务中，能够调整操作速度尤为重要，因为在操作速度和力（例如，惯性和摩擦力）之间发生非线性关系，并且它会影响任务的结果。因此，在本研究中，我们提出了一种用于产生可变操作速度的方法，同时适应环境中的空间扰动。所提出的方法可以通过利用少量运动数据来适应非线性。我们通过用固定到机器人尖端的擦除作为富有的接触任务的示例，通过擦除一条线来通过擦除一条线来评估所提出的方法。此外，所提出的方法使得机器人能够比人类运营商更快地执行任务，并且能够接近控制带宽。

In unstructured environments, robots run the risk of unexpected collisions. How well they react to these events is determined by how transparent they are to collisions. Transparency is affected by structural properties as well as sensing and control architectures. In this paper, we propose the collision reflex metric as a way to formally quantify transparency. It is defined as the total impulse transferred in collision, which determines the collision mitigation capabilities of a closed-loop robotic system taking into account structure, sensing, and control. We analyze the effect of motor scaling, stiffness, and configuration on the collision reflex of a system using an analytical model. Physical experiments using the move-until-touch behavior are conducted to compare the collision reflex of direct-drive and quasi-direct-drive actuators and robotic hands (Schunk WSG-50 and Dexterous DDHand.) For transparent systems, we see a counter-intuitive trend: the impulse may be lower at higher pre-impact velocities.