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雙足行走機(jī)器人相關(guān)研究
（作者未知） 2009/10/14
（接上頁）根本原因，機(jī)器人涉及到了“人”的概念，成為一個(gè)難以回答的哲學(xué)問題。目前，國際上，關(guān)于機(jī)器人的定義主要有：
美國機(jī)器人協(xié)會(huì)（RIA）定義：一種用于移動(dòng)各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置的，通過可編程序動(dòng)作來執(zhí)行種種任務(wù)的，并且具有編程能力的多功能機(jī)械手。
日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)（JIRA）的定義：一種裝備記憶裝置和末端執(zhí)行器（end effector）的，能夠轉(zhuǎn)動(dòng)并通過自動(dòng)完成各種移動(dòng)來代替人類勞動(dòng)的通用機(jī)器。一些日本專家認(rèn)為：機(jī)器人是一種具有移動(dòng)性、個(gè)體性、智能性、通用性、半機(jī)械半人性、自動(dòng)性、奴隸性等7個(gè)特征的柔性機(jī)器。
國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）定義：機(jī)器人是一種自動(dòng)的、位置可控的、具有編程能力的多功能機(jī)械手，這種機(jī)械手具有幾個(gè)軸，能夠借助于可編程序操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行種種任務(wù)。
我國機(jī)器人的定義：機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器，所不同的是它具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)作能力、協(xié)同能力等，是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器。
隨著機(jī)器人的進(jìn)化和機(jī)器人智能的發(fā)展，這些定義都有修改的必要，甚至需要對(duì)機(jī)器人重新定義。[2]
1.2.2 機(jī)器人的發(fā)展
機(jī)器人按應(yīng)用環(huán)境分為工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)器人，按功能分為操作型機(jī)器人、程控機(jī)器人、示教再現(xiàn)型機(jī)器人、數(shù)控型機(jī)器人、適應(yīng)控制型機(jī)器人、學(xué)習(xí)型機(jī)器人、智能機(jī)器人等。
現(xiàn)代機(jī)器人的研究始于20世紀(jì)中期，其技術(shù)背景是計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化的發(fā)展及原子能的開發(fā)利用。1959年在美國誕生了第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人——圓坐標(biāo)。從此機(jī)器人迅速進(jìn)入到社會(huì)生活的方方面面，在制造業(yè)更是大顯身手。第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人問世后，從二十世紀(jì)60年代至70年代初期，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展較為緩慢，許多研究單位和公司所作的努力均未獲得成功。
進(jìn)入二十世紀(jì)70年代以后，人工智能學(xué)界開始對(duì)機(jī)器人產(chǎn)生濃厚的興趣。隨著自動(dòng)控制理論、電子計(jì)算機(jī)和航天技術(shù)的迅速發(fā)展，到了70年代中期，機(jī)器人技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。這期間，指導(dǎo)機(jī)器人學(xué)的一直是傳統(tǒng)的自控理論和傳統(tǒng)的人工智能理論。
二十世紀(jì)90年代，以Rodney．A．Brooks為代表的行為主義者，引入了一類基于行為的智能機(jī)器人控制體系結(jié)構(gòu)——并行分布式體系結(jié)構(gòu)SA(Subsumption Architecture)。通過機(jī)器人與環(huán)境的交互，建立起環(huán)境模型。這是一種自下而上的體系結(jié)構(gòu)。隨著人工智能的理論發(fā)展，機(jī)器人研究有了新的發(fā)展。
1.3 雙足步行機(jī)器人的歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
1.3.1 雙足步行機(jī)器人的歷史
最早系統(tǒng)地研究人類和動(dòng)物運(yùn)動(dòng)原理的是Muybfidge,他發(fā)明了電影用的獨(dú)特?cái)z像機(jī)，即一組電動(dòng)式觸發(fā)照相機(jī)，并在1877年成功地拍攝了許多四足動(dòng)物步行和奔跑的連續(xù)照片。后來，這種采用攝像機(jī)的方法又被Demeny用來研究人類的步行運(yùn)動(dòng)。從二十世紀(jì)30年代至50年代，俄羅斯的Bemstein從生物動(dòng)力學(xué)的角度對(duì)人類和動(dòng)物的步行機(jī)理進(jìn)行了深入的研究，并就步行運(yùn)動(dòng)作了非常形象的描述。
真正全面、系統(tǒng)地開展雙足步行機(jī)器人的研究是始于二十世紀(jì)60年代。迄今，不僅形成了雙足步行機(jī)器人一整套較為完善的理論體系，而且在一些國家，如日本、美國和俄羅斯等都已研制成功了能靜態(tài)或動(dòng)態(tài)步行的雙足步行機(jī)器人樣機(jī)。
1.3.2 雙足步行機(jī)器人的理論研究
在60年代和70年代，對(duì)步行機(jī)器人控制理論的研究產(chǎn)生了三種非常重要的方法，即有限狀態(tài)控制、模型參考控制和算法控制。這三種控制方法對(duì)各種類型的步行機(jī)器人都是適用的。有限狀態(tài)控制是南斯拉夫的Tomvic在1961年提出來的，模型參考控制是由美國的Famsworh在1975年提出來的，而算法控制則是由南斯拉夫米哈依羅﹒鮑賓研究所著名的機(jī)器人專家Vukobratovic博士在1969—1972年間提出來的。這三種控制方法之間有一定的內(nèi)在聯(lián)系，有限狀態(tài)控制實(shí)質(zhì)上是一種采樣化的模型參考控制，而算法控制則是一種居中的情況。
在雙足步行機(jī)器人的發(fā)展史上，Vukobratovic博士是一個(gè)非常突出的人物。他提出了用歐拉角描述雙足步行系統(tǒng)的通用數(shù)學(xué)模型，指出了由于步行系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和控制性能的特殊性，一般控制理論不能滿意地解決人工實(shí)現(xiàn)步行的問題，并相應(yīng)地提出了算法控制的概念：研究了類人型雙足步行系統(tǒng)在單腳和雙腳支撐期機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，并建立了從運(yùn)動(dòng)副組合到關(guān)節(jié)力矩計(jì)算等各項(xiàng)運(yùn)算的KINPAIR算法，分析了類人型雙足步行系統(tǒng)的姿態(tài)穩(wěn)定性，并提出了相應(yīng)的姿態(tài)控制算法；對(duì)類人型雙足步行系統(tǒng)進(jìn)行了能量分析和頻率分析。此外，他還與合作者一起為截癱病人和小兒麻痹（未完，下一頁）
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