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仿人机器人——跟步行稳定性相关的几个概念
在整理仿人机器人研究历史相关内容的空档时间，先讨论几个跟稳定性相关的概念吧，在讨论之前先不妨给出仿人机器人的步态和姿态的定义，估计对于理解仿人机器人接下来的内容会有所裨益。
定义1. 仿人机器人步态：机器人各关节在状态空间和运动时序中的组合关系 定义2. 仿人机器人姿态：某时刻机器人各关节在状态空间的一种组合关系 好了，接下来讨论跟稳定性相关的概念。 1. 重心（也叫质心），Cog(Center of Gravity)。用来描述静态步态，或者说慢速步态，当质心投影处于支撑脚外围围成的凸边形内时，认为步行是稳定的。 2.零力矩点，ZMP(Zero Memont Point)。当机器人行走速度达到一定程度时，质心会离开稳定域，但机器人仍然稳定，这时候，我们不得不考虑的是，机器人的加速度。基于此，前南斯拉夫学者Vukobratovic提出了ZMP的概念，实际是在考虑了行走加速度后提出的。ZMP定义为地面上的一点，关于该点的地面反力和反力矩关于该点等效力矩水平分量为0的点。概念看起来复杂，实际上是在考虑行走加速度后提出来的。 3. 压力中心,CoP(Center of Pressure)。也是地面上的一点，实际上是地面法向反力的合力的作用点。研究表明，CoP和ZMP重合，这就使得我们可以通过在机器人脚底安装力传感器，例如FSR来实现对ZMP的测量。 实际上，在静态行走（或者说慢速行走）时，CoG，CoP和ZMP重与一点，在动态行走（快速行走时），CoP和ZMP重于一点。 另外还有FRI（脚翻转指示器），FZMP，质心角动量等用于描述仿人机器人稳定性的概念，在此不再叙述，有兴趣的朋友可以参考下述文献。 主要参考文献： 1. Vukobratovic. Zero Moment Point-Thirty five years of its life. International Journal of Humanoid robot, 2004,1(1):157-173 2.Marko B. Ground reference points in legged locomotion:definitions,biological trajectories and control implications. 2005,24(12):1013-1032 |
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