双足机器人的稳定性判据_双足机器人稳定性判据研究
2017年 5月 下 双足机器人稳定性判据研 究 刘丹丹 ，张舰行(沈阳城市学院 辽宁沈阳110000) 论述 225 【摘 要】双足机器人是 20世纪人类最伟大的发明之一，其具有的独特的双足运动方式是研究遇到的难点之一，其中双足类人机器人在步行 稳定性 判据 的研究上起步较早 ，双足机器人 能否进行拟人行走 的最 为重要的指标之一就是机器人 行走的稳定性 判据 ，在 此本文对稳定性的判 据研 究做 以综述。 【关键词】稳定性判据；机器人；双足 【中图分类号】TP242．6 【文献标识码 】A 【文章编号】1006—4222(2017)10—0225—02 1双足机器人稳定性判据 1．1 zMP判据 研 究双足 人形机器人的过程 中．对于稳定性判据 ．南斯拉 夫 学者 M．Vukobratovie E ]提 出了零力矩点(ZMP．零力矩点 ) 稳 定 性 判 据 ．很 长 一 段 时 间 成 为 被 广 泛 使 用 的标 准 。如 图 1所 示 ，由机器人脚 的力量 ，作 用在足底 的力的 方向相 同．力 的等 效合力被命名为 F，作用点名为 Z点，该作 用点在足底 的范围 内。通过合 力 F在这个作用点的力矩 叫零 力矩点 ．ZMP 图 1 ZMP思 想体 现 在 双 足 步 行 机 器 人 方 向 的 应 用 是 ZMP与 支撑 多边形判据。因为作用在 足底 的力具有相 同的方 向．这些 力等效力 的作 用点 Z就构成零力矩点 ，即 ZMP点。 支撑 多边 形是 指 由机 器人 足 底 与 地 面 接 触 支撑 点 所 构 成 的 区域 机 器 人 ZMP在 支撑 多边形 内有 一个稳 定的 区间 ．当机 器人单足 与 地面接 触时 ．如果 ZMP一直稳 定在 支撑 多边形 中，机 器人会 很稳 定．另一种情况是双足不 完全与地 面接 触(比如机 器人一 只脚 完全 与地 面接触 ，另一只脚足底部分开始抬起 ，但足趾部 分仍 与地面接触 )，在这种情 况下，仍然可 以根据 ZMP的 落点 情 况给 定。但 这种判据存在一 定的局 限性 ，因为该判据是 无法 解释 单点 着地行走 时步行的稳定性。 1．2 COP／COG判据 随着人形机器人研 究的进 步 ．一些研 究人 员提 出的 ZMP 标准 的缺 陷13]。① 在一些特 殊情 况下，ZMP是的惯性力和重力 在地 面投影 ．如果双足机 器人偏 离平衡控制 的位置 ，即使 ZMP 在支撑面中，双足仍不稳定。(~ZMP无法解释单点着地行走的 稳 定 性 ．所 以 需要 一种 新 的判 据 来 实现 机 器 人 更 好 的行 走 。 这 类 方 法 是 在 ZMP与 支 撑 多 边 形 判 据 基 础 之 上 加 入 了 一 个新的概念 ：足底压 力中心点 (COP，Center ofPressure)COP， 再将该种判据与 ZMP相结合 ．通过 COP在 支撑面的位置判定 双 足 机 器 人 行 走 的 稳 定 性 的 方 法 在 机 器人 保 持 匀 速 运 动 没 有加 速度时 ，机 器人的 COP与 COG的铅锤投影 重合 。当机器 人受到外力或有加 速度 ．此 时这 两点不重合 ．应 用该 种判 定方 法局 限性 较 小 ．可 以更 稳 定 的判 断 双足 行 走 的 稳 定 性 ，需要 一 提 的 是 ， 当 ZMP落 在 在 支撑 多边 形 内该 判 据 和 ZMP判 据 的 结 果 是 相 同的 1．3庞加莱回归映射判据 庞加 莱回归映射是 分析周期轨 道稳定性 的有 力工具 ．
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