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                  理論原理

                  雙足機器人行走穩定性判據——支撐多邊形、COG與ZMP

                  雙足機器人為什么能像人一樣穩定地行走,這里面又蘊含著怎樣的科學原理呢?我們按機器人行走速度的不同分為兩種情況考慮: 當機器人慢速行走時(比如步速10秒/步甚至更長),機器人系統的慣性是可以忽略不計的,...

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                  發布于 2017-03-06 閱讀:326

                          雙足機器人為什么能像人一樣穩定地行走,這里面又蘊含著怎樣的科學原理呢?我們按機器人行走速度的不同分為兩種情況考慮:
                         當機器人慢速行走時(比如步速10秒/步甚至更長),機器人系統的慣性是可以忽略不計的,我們稱這種步行模式為“靜態步行”。根據靜力學原理,只要機器人在步行的過程中,其重心COG(Center of Gravity)在地面的垂直投影點始終位于支撐多邊形區域內(圖1),機器人就可以穩定行走而不摔倒(圖2),這稱為雙足機器人靜態步行穩定性判據。機器人靜態步行的缺點是行走速度非常遲緩,和人類的正常步速相差甚遠,故而一般不被采用。
                         當機器人行走速度提高時,由于慣性力的作用增強,靜態步行穩定性判據將不再適用,我們稱之為“動態步行”。為計入機器人慣性力的影響,1968年南斯拉夫學者M.Vukobratovic引入了零力矩點ZMP(Zero Moment Point)的概念,即機器人所受到的重力、慣性力和足部支撐力相當于ZMP的力矩之和為零(圖3)。ZMP實際上是機器人重力與慣性力的合力在地面上的投影點。這樣,機器人動態步行的穩定性判據(圖4)為:機器人步行過程中,其ZMP始終位于支撐多邊形區域內。如果ZMP嚴格存在于機器人的支撐區域中,機器人則絕對不會摔倒。
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                  他很懶,什么都沒有留下~