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雙足行走機器人相關(guān)研究
（作者未知） 2009/10/14
（接上頁）癥患者設(shè)計了一系列半動力型和動力型輔助行走裝置。特別重要的是，他和Stepanenko博士一起在1972年提出了“零力矩點ZMP”的概念。ZMP概念的提出對雙足步行機器人控制產(chǎn)生了非常重要的影響，為有效地控制雙足步行機器人的運動開辟丁一條嶄新的途徑。
在步態(tài)研究方面，俄羅斯的Bessonov和Unmov定義了“最優(yōu)步態(tài)”，Kugushev和Jaroshevskij定義了自由步態(tài)。這兩種步態(tài)不僅適應(yīng)于雙足而且也適用于多足步行機器人。其中， 自由步態(tài)是相對于規(guī)則步態(tài)而言。如果地面非常粗糙不平，那么步行機器人在行走時，下一步腳應(yīng)放在什么地方，就不能根據(jù)固定的步序來考慮，而是應(yīng)該像登山運動員那樣走一步看一步，通過某一優(yōu)化準則確定，這就是所謂的自由步態(tài)。
在雙足步行機器人的穩(wěn)定性研究方面，美國的Hemanfi等人曾提出將雙足步行系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制的簡化模型看作是一個倒立振子(倒擺)，從而可以將雙足步行的前進運動解釋為振子直立移動的問題。此外，從減小控制的復(fù)雜性考慮，Hemami等人還曾就雙足步行機器人的“降階模型”問題進行了研究。
在步行模式這方面的研究中，日本加藤一郎教授及其合作者1980年提出了“準步態(tài)行走”的概念，這是一種介于靜態(tài)步行和動態(tài)步行之間的步行方式。它既具有靜態(tài)步行的特點又具有動態(tài)步行的特點，其步速要比靜態(tài)步行快，而實現(xiàn)起來又不像動態(tài)步行那樣困難。
最早采用最優(yōu)理論來研究類人型雙足步行系統(tǒng)的是美國的Chow和Jacobson。他們在1971年發(fā)表的論文中，以具有約束條件的力學(xué)模型和性能最優(yōu)準則作為雙足步行優(yōu)化問題的核心，以一種簡化模型作為研究對象。但最后，他們僅是以局部耗能最少為基礎(chǔ)得出了一個優(yōu)化結(jié)果。Vukobratovic最早從能量觀點分析了實現(xiàn)各關(guān)節(jié)動作所需的各關(guān)節(jié)部分扭矩，但僅限于導(dǎo)出各關(guān)節(jié)及整個步行系統(tǒng)的功率隨時間的變化關(guān)系，沒有涉及能耗最優(yōu)這個問題，但是他得出了一個有用的結(jié)論：步行姿態(tài)越平滑，類人型雙足步行系統(tǒng)所消耗的功率就越少。[9]
而從仿生學(xué)的角度來研究一直是問題突破的一個重要出發(fā)點。研究者觀察到：動物在不同的速度下能夠以不同步態(tài)步行，在速度的加快和減慢過程中能夠從一種步態(tài)過渡到另一種步態(tài)�？雌饋聿糠衷蚴菫榱嗽谒o定的速度、環(huán)境和負載的情況下，盡可能減少能量的消耗。然而，動物的這種內(nèi)在的控制機理卻遠遠沒有被人們所了解，許多學(xué)者正在對這一問題進行潛心的研究。
一般的研究過程是先建立步行運動能量的數(shù)學(xué)模型，然后根據(jù)此模型估計出在不同速度下的能量消耗，以期從中發(fā)現(xiàn)步行運動中的速度、步態(tài)選擇及能量消耗之間的關(guān)系。這些模型中，用的最多的是.
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