种由人类步行启发半被动双足步行机器人

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1、第４２卷第４期中南大学学报（自然科学版）、，０ｌ－４２Ｎｏ．４11/11２０１１年４月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）Ａｐｒ．２０１１11/11一种由人类步行启发的半被动双足步行机器人倪修华，陈维山，刘军考，石胜君（哈尔滨工业大学机器入技术与系统国家重点实验室，黑龙江哈尔滨，１５０００１）摘要：针对半被动双足步行机器人所采用的控制方法大多较为复杂，并且缺乏控制参数对机器人性能影响的定量分析，从人类步行的生物力学研究得到启发，提出一种半被动双足步行机器人的控制方法，并定量分析该控制方法各参数对机器人性能的影响

2、。在机器人摆动腿与地发生碰撞后开始于髋关节处施加方波力矩，作为动力输入。采用步态敏感范数衡量机器人的稳定性，采用无量纲步行能耗衡量机器人的步行效率。以稳定性、效率和步行速度作为机器人性能评价指标，通过仿真得到力矩、力矩作用时间和斜坡角度３个参数对机器人性能的影响。由于力矩在１个步行周期中没有做负功，该机器人具有与人类步行相似的高能量效率。该机器人能够实现沿上坡、下坡和平地步行。关键词：半被动步行；机器人：稳定性；效率：速度11/11中图分类号：ＴＰ２４文献标志码：Ａ文章编号：１６７２—７２０７（２０１１）０４－１０２８－０７11/11Ａｑｕａｓｉ—ｐａｓｓｉｖｅｄｙｎａｍｉｃｗａｌｋｅｒ

3、ｉｎｓｐｉｒｅｄｂｙｈｕｍａｎｗａｌｋｉｎｇ11/11ＮＩＸｉｕ－ｈｕａ，ＣＨＥＮＷｅｉ—ｓｈａｈ，ＬＩＵＪｕｎ－ｋａｏ，ＳＨＩＳｈｅｎｇ－ｊｕｎ11/11（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＲｏｂｏｔｉｃｓａｎｄＳｙｓｔｅｍ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ）11/11Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｉｎｃｅｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｑｕａｓｉ－ｐａｓｓｉｖｅｄｙｎａｍｉｃｗａｌｋｅｒｓａｒｅｃｏｍｐｌｅｘ，ａｎｄｆｅｗｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｓｔｕｄｙ11/11ｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｐａｒａｍｅ

4、ｔｅｒｓｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｑｕａｓｉ－ｐａｓｓｉｖｅｄｙｎａｍｉｃｗａｌｋｅｒｓｈａｓｂｅｅｎｄｏｎｅ，ｉｎｓｐｉｒｅｄｂｙｂｉｏｍｃｃｈａｎｉｅｓ11/11ｉｎｈｕｍａｎｗａｌｋｉｎｇ，ａｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅｑｕａｓｉ－ｐａｓｓｉｖｅｄｙｎａｍｉｃｗａｌｋｅｒａｎｄｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｔｈｅ11/11ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｑｕａｓｉ－ｐａｓｓｉｖｅｄｙｎａｍｉｃｗａｌｋｅｒｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ａｆｔｅｒｔｈｅｉｍｐａｃｔｂｅｔｗｅｅｎｓｗｉｎｇｌｅｇａｎｄｇｒｏｕｎｄ，ａｔｏｒｑｕｅ11

5、/11ｏｆｓｑｕａｒｅｗａｖｅｗａｓａｐｐｌｉｅｄａｔｔｈｅｈｉｐａｓｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ．ＴｈｅｇａｉｔｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｎｏＦｎ＇１ｗａｓｕｓｅｄｔｏｑｕａｎｔｉｆｙｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄ11/11ｔｈｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓｃｏｓｔｏｆｔｒａｎｓｐｏｒｔｗａｓｕｓｅｄｔｏｑｕａｎｔｉｆｙｔｈｅｗａｌｋｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｖｅｌｏｃｉｔｙｗｅｒｅ11/11ｕｓｅｄａｓｔｈｒｅｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｒｉｔｅｒｉａ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅａｍｐｌｉｔｕｄｅｏｆｔｏｒｑｕｅ，ｔｈｅ

6、ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｉｍｅｏｆｔｏｒｑｕｅａｎｄｓｌｏｐｅａｎｇｌｅ11/11ｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｒｉｔｅｒｉａｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ．Ｓｉｎｃｅｔｈｅｔｏｒｑｕｅｄｏｅｓｎｏｔｄｏｎｅｇａｔｉｖｅｗｏｒｋｄｕｒｉｎｇｔｈｅｗｈｏｌｅ11/11ｗａｌｋｉｎｇｐｅｒｉｏｄ，ｔｈｅｗａｌｋｅｒｈａｓａｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｓｈｕｍａｎｗａｌｋｉｎｇ．Ｔｈｅｒｏｂｏｔｃａｎｗａｌｋｕｐａｓｌｏｐｅ，ｗａｌｋｄｏｗｎａｓｌｏｐｅ11/11ａｎｄｗａｌｋｏｎｆｌａｔｇｒｏｕｎｄ．11/11Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｑ

7、ｕａｓｉ—ｐａｓｓｉｖｅｄｙｎａｍｉｃｗａｌｋｉｎｇ；ｒｏｂｏｔ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ；ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ；ｖｅｌｏｃｉｔｙ11/11ＭｃＧｅｅｒｔｌｌ于１９９０年提出了被动步行的理论，并通过仿真和实验验证了无驱动与主动控制的被动步行机器人可以沿斜坡向下稳定行走。根据被动步行的理论，许多学者在踝关节或者髋关节处加入主动驱动与控制［２＿３】，研制了多款可沿平地行走的半被动步行机器人。与基于零力矩点轨迹规划方法