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1、第52卷第21期机械工程学报Vol.52No.212016年11月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGNov.2016DOI：10.3901/JME.2016.21.001*足式机器人的稳定行走1,21,21,21,2何玉东王军政柯贤锋汪首坤(1.北京理工大学自动化学院北京100081；2.北京理工大学复杂系统智能决策与控制国家重点实验室北京100081)摘要：足式机器人在行走过程中，足端与地面之间的法向冲击力将影响机器人的在垂直方向上的稳定性。被动柔顺可以减小垂直冲击力但同时可引
2、发平台持续震荡。针对该问题，设计基于足端力反馈的主动柔顺控制器，分析其对机器人垂直稳定性的影响。机器人由于机械间隙、步态、路面等因素将出现足端打滑现象，导致机器人水平方向失稳。引入摆腿回缩技术，分析摆腿回缩对机器人水平稳定性能的影响。仿真和液压足式机器人行走试验验证提出方法的有效性，提高了机器人行走过程中的垂直和水平方向稳定性。关键词：足式机器人；稳定性；主动柔顺；摆腿回缩中图分类号：TP242StableWalkingforLeggedRobots1,21,21,21,2HEYudongWANGJunz
3、hengKEXianfengWANGShoukun(1.SchoolofAutomation,BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081;2.KeyLaboratoryofIntelligentControlandDecisionofComplexSystems,BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081)Abstract：Impactforcebetweenlegandterrainwillhaveinfluenceon
4、theverticalstabilityofleggedrobots.Althoughpassivecompliancecandecreasetheimpactforce,itwillbringsideeffectssuchasbodyvibration.Todealwithit,aforcefeedbackbasedactivecompliancecontrollerisproposed,anditsinfluenceontheverticalstabilityisanalyzed.Meanwhile,
5、duetomechanicalclearance,gaitpattern,andterrainparameters,footslippagemayoccurandthencausesstabilityissues.Swinglegretractionisthenintroducedandanalyzedtoimprovethehorizontalstabilityofleggedrobots.Simulationsandexperimentsshowtheeffectivenessofthepropose
6、dmethodsandtheenhancementofverticalandhorizontalstability.Keywords：leggedrobots；stability；activecompliance；swinglegretraction一方面，主动柔顺控制是一种能够有效减小环*0前言境接触力的控制方法，已经广泛应用于各种有环境接触的应用场合，包括目前最先进的四足机器人[1-3]由于四足机器人的环境适应能力强，其在被设MIT-Cheetah、HyQ等。柔顺性控制通过将机器计之初就是用来与复杂地
7、面环境进行交互的。在与人足端或者关节力进行反馈，从而利用柔顺性控制地面接触的过程中，机器人受到竖直和水平两个方参数调节机械腿的等效刚度和阻尼，以达到刚性腿向的力。竖直方向主要是机器人足端与地面的法向的柔顺性控制效果，在足端与环境接触时能够有效冲击力，而水平方向则主要是足端与地面的摩擦力。降低足端接触力。由于触地冲击的存在，机器人的竖直方向稳定性将另一方面，足式机器人的行走过程中，其腿部受影响，从而使得机器人重心上下波动。而如果水轴向方向上通常采用弹簧质量模型来进行等效，并平方向摩擦过大，将导致足端打滑，影
8、响身体的水且取得了国内外公认的成果，即弹簧负载倒立摆模平移动能力，更严重的有可能带来机器人失稳。因型(Springloadedinvertedpedulem,SLIP)。然而，对此，如何提高四足机器人在竖直和水平方向的稳定于足式机器人腿部旋转方向的运动对机器人行走稳性成为足式机器人稳定行走的重要内容。定性的影响还未受到国内学者的关注。SEYFARTH[4]等学者从人类及其他动物的奔跑步态入手，首先*国家高技术研究发展计划资助项
