仿人跑步机器人稳定性与控制策略研究进展

彭胜军，税海涛，马宏绪
国防科技大学机电工程与自动化学院，湖南　长沙

摘　　　要：针对仿人跑步机器人稳定性和控制策略的研究现状与发展趋势进行了探讨。首先，分析了仿人跑步模型的固有特性，包括单边约束特性、系统混杂特性和变拓扑结构特性，介绍了基于ＺＭＰ（ＺｅｒｏＭｏｍｅｎｔＰｏｉｎｔ）和零化角动量的稳定性判据以及基于庞加莱映射和极限环的稳定性判据，总结了基于轨迹规划的时变控制策略和基于虚拟约束的定常控制策略，并分析了两种控制策略各自的优缺点，指出仿人跑步机器人研究领域的难点问题和未来工作。较终目标是将这些稳定性判据和控制策略应用到仿人跑步机器人，以提高其跑步运动的性能。

关　键　词：仿人跑步机器人；稳定性；控制策略

１　引　言
仿人跑步机器人是指能够实现快速跑步运动的具有双腿、模仿人的形状的双足机器人。它与仿人步行机器人相比较大的优点是移动速度更快。而且有学者研究表明［１］，仿人机器人在高速移动时跑步比步行更节约能量。近些年，仿人跑步机器人逐渐成为国际上的研究热点，但在国内的研究还刚刚起步。仿人跑步机器人在足球赛［２］、战场作战、紧急事故处理等环境中能够体现其移动速度上的优势，因此，仿人跑步机器人的研究具有实际意义和应用价值。仿人跑步机器人的研究不仅仅在于样机的研制，更重要的是在于仿人跑步基础理论的突破。鉴于这种认识，本文着重分析了仿人跑步的固有特性，并对其稳定性和控制策略这两个基础理论研究进行了综述。

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