半被动双足机器人：主动控制策略与稳定性分析

""这篇论文研究了半被动双足机器人的主动控制策略，旨在结合被动行走的低能耗特性和主动控制的稳定性，以实现更高效、更稳定的双足机器人行走。 在传统的双足机器人控制中，通常采用预设关节轨迹的控制方法，尽管能够模拟人类的行走和跑步动作，但其高能耗和控制复杂性一直是挑战。被动行走策略，如无膝关节的被动双足机器人，依赖于重力和简单的机械设计，可以降低能耗，但此类机器人往往只能执行单一步态，稳定性不足。 论文作者付成龙和陈恳来自清华大学摩擦学国家重点实验室和精密仪器与机械学系，他们提出了一种准开环的主动行走控制方法。这种方法利用安装在机器人足底和髌骨处的接触开关检测信号，在髋关节处应用间断、微小的开环振荡力矩，以促进稳定步行。通过调整振荡力矩的参数，机器人可以实现不同行走模式的稳定转换。 仿真结果显示，即使控制参数有所变化，双足机器人依然能保持稳定行走，并且其步行能耗特性接近于人类。此外，这种方法允许机器人在不同行走模式间进行平稳过渡，提高了机器人的适应性和实用性。 论文引用了McGeer早期的工作以及美国康奈尔大学、荷兰Delft大学和美国MIT的相关研究，这些研究为半被动行走机器人的发展奠定了基础。尽管这些早期的半被动机器人在实现稳定行走方面存在困难，但付成龙和陈恳的研究为解决这一问题提供了新的视角。 Asano和Ono等人的工作也为理解被动行走的动态行为提供了理论支持，他们分别通过虚拟重力场的概念和髋关节力矩的调整来扩展被动行走的适用范围。付成龙和陈恳的研究在此基础上，通过主动控制策略增强了被动行走的稳定性和多样性，为双足机器人技术的进步作出了贡献。 关键词涉及的领域包括双足机器人、半被动行走、主动控制、节能和自稳定性，这些关键词反映了研究的核心内容和目标。论文的中图分类号为TP24，表明这属于信息技术和自动化领域的研究成果。 这篇论文探索的主动控制策略为双足机器人领域的研究开辟了新的道路，有望实现更节能、更稳定的自主行走，这对于未来双足机器人的实际应用具有重要意义，尤其是在救援、服务和人机协作等领域。"