仿人跑步機(jī)器人穩(wěn)定性與控制策略研究進(jìn)展

彭勝軍，稅海濤，馬宏緒
國(guó)防科技大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院，湖南　長(zhǎng)沙

摘　　　要：針對(duì)仿人跑步機(jī)器人穩(wěn)定性和控制策略的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探討。首先，分析了仿人跑步模型的固有特性，包括單邊約束特性、系統(tǒng)混雜特性和變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特性，介紹了基于ＺＭＰ（ＺｅｒｏＭｏｍｅｎｔＰｏｉｎｔ）和零化角動(dòng)量的穩(wěn)定性判據(jù)以及基于龐加萊映射和極限環(huán)的穩(wěn)定性判據(jù)，總結(jié)了基于軌跡規(guī)劃的時(shí)變控制策略和基于虛擬約束的定常控制策略，并分析了兩種控制策略各自的優(yōu)缺點(diǎn)，指出仿人跑步機(jī)器人研究領(lǐng)域的難點(diǎn)問(wèn)題和未來(lái)工作。較終目標(biāo)是將這些穩(wěn)定性判據(jù)和控制策略應(yīng)用到仿人跑步機(jī)器人，以提高其跑步運(yùn)動(dòng)的性能。

關(guān)　鍵　詞：仿人跑步機(jī)器人；穩(wěn)定性；控制策略

１　引　言
仿人跑步機(jī)器人是指能夠?qū)崿F(xiàn)快速跑步運(yùn)動(dòng)的具有雙腿、模仿人的形狀的雙足機(jī)器人。它與仿人步行機(jī)器人相比較大的優(yōu)點(diǎn)是移動(dòng)速度更快。而且有學(xué)者研究表明［１］，仿人機(jī)器人在高速移動(dòng)時(shí)跑步比步行更節(jié)約能量。近些年，仿人跑步機(jī)器人逐漸成為國(guó)際上的研究熱點(diǎn)，但在國(guó)內(nèi)的研究還剛剛起步。仿人跑步機(jī)器人在足球賽［２］、戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)、緊急事故處理等環(huán)境中能夠體現(xiàn)其移動(dòng)速度上的優(yōu)勢(shì)，因此，仿人跑步機(jī)器人的研究具有實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值。仿人跑步機(jī)器人的研究不僅僅在于樣機(jī)的研制，更重要的是在于仿人跑步基礎(chǔ)理論的突破。鑒于這種認(rèn)識(shí)，本文著重分析了仿人跑步的固有特性，并對(duì)其穩(wěn)定性和控制策略這兩個(gè)基礎(chǔ)理論研究進(jìn)行了綜述。

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