第 卷第 期
哈尔滨工程大学学报
Vol
年 月
Journal of Harbin Engineering University
Nov
doi jissn
双 足 机 器 人 行 走 稳 定 性 研 究
俞志伟 王立权 韩金华
哈尔滨工程大学 机电工程学院黑龙江 哈尔滨
摘要双足机器人行走的稳定性是双足行走最为重要的衡量指标之一针对传统的基于零力矩点ZMP步态稳定性判
据方法分析了 ZMPCOP 的相互关系表明在双足机器人与水平地面无粘性力和无吸附力作用下其 ZMP 即为压力中
心点 COP基于具有足趾关节的双足机器人足底支撑面多种变化提出对多点接触时支撑多边形区域描述结合 ZMP
COPCOG 的在支撑面内相对位置提出了基于 ZMP COPCOG 的综合稳定性判据经仿真分析与传统单一的 ZMP 稳
定性判据相比该综合稳定性判据能够更为准确地反映步态的稳定性
关键词双足机器人行走稳定性综合稳定性判据支撑区域描述
中图分类号TP文献标识码A文章编号
Walking stability in bipedal robots
YU Zhiwei WANG LiquanHAN Jinhua
School of Mechanical and Electrical Engineering Harbin Engineering University Harbin China
AbstractStable walking is one of the most important measurement indexes for the movement of bipedal robotsAf
ter reviewing the traditional gait stability criterion based on zero moment point ZMP the authors analyzed the re
lationship between ZMP and the center of pressure COP and concluded that the ZMP of a bipedal robot is the
COP of that bipedal robot if there is neither viscous force nor adsorption force between the biped robot and its hori
zontal footingAfter analyzing differences in humanoid walking gaits caused by differences in supporting surfaces
the authors proposed a method for describing the supporting surface in a way that satisfies regional descriptions of
support polygons under conditions of multipoint contactBased on comprehensive consideration of the position of
ZMP COP and the center of gravity COG in the supporting surface criteria for comprehensive stability were put
forwardThe results of simulations and experiments show that this method is more accurate than traditional criteria
for comprehensive evaluation of a gaits stability
Keywordsbiped robot walking stability comprehensive stability criterion support area description
收稿日期
作者简介俞志伟 男 博士研究生Emailyuzhiweinuaa
educn
王立 权 男 教 授 博 士 生 导 师 Email wan
gliquanhrbeueducn
近些年来国内外仿人双足机器人的技术发展
迅速比较著名的仿人双足机器人有日本本田公司
最新的 ASIMO
索尼公司 QRIO
东京大学的
H
北京理工大学的汇童仿人机器人
双足
机器人行走的稳定性是双足行走最为重要的衡量指
标之一上世纪 年 代 由前 南 斯 拉 夫学 者 M
Vukobratovic
提出的零力矩点 zero moment point
ZMP稳定性判据一直广范应用于双足机器人行走
步态中针对双足机器人 ZMP 稳定性判据也提出
了各种步态控制方法如跟踪理想的 ZMP 曲线实现
稳定行走
另外还有研究者也提出了相关的稳
定性判据如足部翻转 指示 foot rotate indication
FRI稳定性指标
基于在动态平衡状态下足底
压力中心点 center of pressureCOP 与 ZMP 相重
合通过 COP 在支撑面的位置评判双足行走的稳定
性此外学者们还运用虚拟零力矩点 fictitious zero
moment point FZMP 扩 展 了 ZMP 稳 定 性 判 据 理
论
相关学者也曾提出 ZMP 稳定性判据存在的弊
端认为其影响了双足动态行走控制的发展首先
它无法解释单点着地行走纯动态步行的稳定性而