仿人机器人的步行控制方法综述及展望.pdfVIP

2011年 l2月 第39卷 第23期 机床与液压 MACHINE TOOL HYDRAUUCS Dec．201l V01．39 No．23 DOI：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向。 关键词：仿人机器人；步态规划；步态控制 中图分类号 ：G353．11 文献标识码：A 文章编号：1001—3881(2011)23—154—6 Survey and Prospect on W alking Control Strategies for Humanoid Robot FU Genping，YANG Yimin，LI Jing (Colege of Automation，Guangdong University of Technology，Guangzhou Guangdong 5 10090，China) Abstract：Walking control is one of the most important technologies for humanoid robot，which is the key point to realize elemen— tary hominine action．The study state of walking control strategies for humanoid robot was summarized from the aspects such as walking pattern plan ning and walking contro1． Some classical methods on walking patern planning and walking control were analyzed and com· pared．The research prospects were described． Keywords：Humanoid robot；Walking patern planning；Walking control 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 、 QRIO 、HRP-2 、KHR-2 、NAO 和 THBIP．I 、 BHR-2 。 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 ，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态。利用捕获 的人类步行运动数据 (Human Motion Capture Data， 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 。本 田的研究团队就是在分析人类下肢行走时 各