仿人机器人的步行控制方法综述及展望

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1、万方数据2011年12月第39卷第23期机床与液压MACHINET00L&HYDRAULICSDec．2011V01．39No．23DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2011．23．044仿人机器人的步行控制方法综述及展望付根平，杨宜民，李静(广东工业大学自动化学院，广东广州510090)摘要：步行控制是仿人机器人最重要的技术之一，是仿人机器人实现最基本的类人动作的关键。从步态规划和步态控制两方面综述了仿人机器人步行控制的研究现状，对已有的典型步态规划和步态控制方法进行了分析与比较，并展望了仿人机器人步行控制的研究方

2、向。关键词：仿人机器人；步态规划；步态控制中图分类号：G353．1l文献标识码：A文章编号：1001—3881(2011)23—154-6SurveyandProspectonWalkingControlStrategiesforHumanoidRobotFUGenping，YANGYimin，LIJing(CollegeofAutomation，GuangdongUniversityofTechnology，GuangzhouGuangdong510090，China)Abstract：Walkingcontrolisoneofthemo

3、stimportanttechnologiesforhumanoidrobot，whichisthekeypointtorealizeelemen-taryhominineaction．Thestudystateofwalkingcontrolstrategiesforhumanoidrobotwassummarizedfromtheaspectssuchaswalkingpatternplanningandwalkingcontr01．Someclassicalmethodsonwalkingpatternplanningandwalki

4、ngcontrolwereanalyzedandtom-pared．Theresearchprospectsweredescribed．Keywords：Humanoidrobot；Walkingpatternplanning；Walkingcontrol仿人机器人是当今机器人研究领域最为前沿的课题之一，它集机械、电子、计算机、材料、传感器、控制技术及人工智能等多门学科于一体，反映了一个国家的智能化和自动化研究水平。与传统的轮式、履带式机器人相比，仿人机器人有无可比拟的优越性：具有更灵活的行走能力，能够适应各种复杂地形，可方便上下台阶；具有

5、更强的越障能力，移动盲区很少；具有更广阔的工作空间。经过多年的研究与发展，仿人机器人技术研究已取得了一定的成就，人们已经成功设计和制造出各具特色的仿人机器人样机，其中具有代表性的如：WABIAN-2⋯、ASIMO¨。、QRIOt3

6、、HRP-2L引、KHR-2[引、NAOt61和THBIP．I[7

7、、BHR-2㈨等。但是目前实用化的仿人机器人还未见报道(娱乐机器人除外)，其中一个主要原因就是步行控制问题还没有得到很好的解决，尤其是在未知环境中的步行。仿人机器人的步行控制包括步态规划和步态控制，它是仿人机器人最重要的技术之一，是仿人机器人实现

8、最基本的类人动作的关键。文中对近年来仿人机器人步态规划和步态控制常用的方法进行综述、分析和比较，指出其中存在的问题，同时对未来的发展趋势做了展望。1仿人机器人步态规划的研究现状及分析仿人机器人采用单、双脚交替支撑的方式步行，因此具有很好的灵活性一1，但由于其结构复杂，所以要实现稳定的步行，必须先规划出合理的步态。而步态的好坏直接影响到机器人行走的稳定性、驱动力矩的大小以及姿态的美观性等。可见，合理的步态规划是机器人实现稳定步行的基础。1．1基于仿生运动学的步态规划方法仿人机器人的本来目的就是模仿人类的行走特性，故其步态规划可借鉴人类的仿生步

9、态。利用捕获的人类步行运动数据(HumanMotionCaptureData，HMCD)则可以规划复杂多样的动作¨⋯。由于仿人机器人与人在质量分布、动力学特性和驱动特性上有很大差异¨¨，因此，不能直接将人类的步态用于仿人机器人，而是对HMCD进行分析，研究人类步行的基本原理，将得到的一些基本步态特征应用到仿人机器人的步行规划中，生成适合仿人机器人的步态H引。本田的研究团队就是在分析人类下肢行走时各关节之间的相互抑制、相互协调规律的基础上得到相关数据，生成了ASIMO的步态¨⋯。纪军红等利用修正的HMCD规划出了HIT—III仿人机器人的步态

10、㈨。由于参考动作由人体产生，规划的方法变得更加简单，不需要像模型规划方法那样人为地指定过多的参数。但是，该方法的可行性完全依赖于步行数据，而现有的仪器难以准确而完备地测量、记录人