第４２卷第４期中南大学学报（自然科学版）、，０ｌ－４２Ｎｏ．４２０１１年４月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）Ａｐｒ．２０１１一种由人类步行启发的半被动双足步行机器人倪修华，陈维山，刘军考，石胜君（哈尔滨工业大学机器入技术与系统国家重点实验室，黑龙江哈尔滨，１５０００１）摘要：针对半被动双足步行机器人所采用的控制方法大多较为复杂，并且缺乏控制参数对机器人性能影响的定量分析，从人类步行的生物力学研究得到启发，提出一种半被动双足步行机器人的控制方法，并定量分析该控制方法各参数对机器人性能的影响。在机器人摆动腿与地发生碰撞后开始于髋关节处施加方波力矩，作为动力输入。采用步态敏感范数衡量机器人的稳定性，采用无量纲步行能耗衡量机器人的步行效率。以稳定性、效率和步行速度作为机器人性能评价指标，通过仿真得到力矩、力矩作用时间和斜坡角度３个参数对机器人性能的影响。由于力矩在１个步行周期中没有做负功，该机器人具有与人类步行相似的高能量效率。该机器人能够实现沿上坡、下坡和平地步行。关键词：半被动步行；机器人：稳定性；效率：速度中图分类号：ＴＰ２４文献标志码：Ａ文章编号：１６７２—７２０７（２０１１）０４－１０２８－０７Ａｑｕａｓｉ—ｐａｓｓｉｖｅｄｙｎａｍｉｃｗａｌｋｅｒｉｎｓｐｉｒｅｄｂｙｈｕｍａｎｗａｌｋｉｎｇＮＩＸｉｕ－ｈｕａ，ＣＨＥＮＷｅｉ—ｓｈａｈ，ＬＩＵＪｕｎ－ｋａｏ，ＳＨＩＳｈｅｎｇ－ｊｕｎ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＲｏｂｏｔｉｃｓａｎｄＳｙｓｔｅｍ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｉｎｃｅｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｑｕａｓｉ－ｐａｓｓｉｖｅｄｙｎａｍｉｃｗａｌｋｅｒｓａｒｅｃｏｍｐｌｅｘ，ａｎｄｆｅｗｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｓｔｕｄｙｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｑｕａｓｉ－ｐａｓｓｉｖｅｄｙｎａｍｉｃｗａｌｋｅｒｓｈａｓｂｅｅｎｄｏｎｅ，ｉｎｓｐｉｒｅｄｂｙｂｉｏｍｃｃｈａｎｉｅｓｉｎｈｕｍａｎｗａｌｋｉｎｇ，ａｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅｑｕａｓｉ－ｐａｓｓｉｖｅｄｙｎａｍｉｃｗａｌｋｅｒａｎｄｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｑｕａｓｉ－ｐａｓｓｉｖｅｄｙｎａｍｉｃｗａｌｋｅｒｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ａｆｔｅｒｔｈｅｉｍｐａｃｔｂｅｔｗｅｅｎｓｗｉｎｇｌｅｇａｎｄｇｒｏｕｎｄ，ａｔｏｒｑｕｅｏｆｓｑｕａｒｅｗａｖｅｗａｓａｐｐｌｉｅｄａｔｔｈｅｈｉｐａｓｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ．ＴｈｅｇａｉｔｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｎｏＦｎ＇１ｗａｓｕｓｅｄｔｏｑｕａｎｔｉｆｙｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄｔｈｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓｃｏｓｔｏｆｔｒａｎｓｐｏｒｔｗａｓｕｓｅｄｔｏｑｕａｎｔｉｆｙｔｈｅｗａｌｋｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｖｅｌｏｃｉｔｙｗｅｒｅｕｓｅｄａｓｔｈｒｅｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｒｉｔｅｒｉａ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅａｍｐｌｉｔｕｄｅｏｆｔｏｒｑｕｅ，ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｉｍｅｏｆｔｏｒｑｕｅａｎｄｓｌｏｐｅａｎｇｌｅｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｒｉｔｅｒｉａｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ．Ｓｉｎｃｅｔｈｅｔｏｒｑｕｅｄｏｅｓｎｏｔｄｏｎｅｇａｔｉｖｅｗｏｒｋｄｕｒｉｎｇｔｈｅｗｈｏｌｅｗａｌｋｉｎｇｐｅｒｉｏｄ，ｔｈｅｗａｌｋｅｒｈａｓａｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｓｈｕｍａｎｗａｌｋｉｎｇ．Ｔｈｅｒｏｂｏｔｃａｎｗａｌｋｕｐａｓｌｏｐｅ，ｗａｌｋｄｏｗｎａｓｌｏｐｅａｎｄｗａｌｋｏｎｆｌａｔｇｒｏｕｎｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｑｕａｓｉ—ｐａｓｓ...