钟林枫 罗 翔 郭晨光

(东南大学机械工程学院，南京 211189)

生物的双足行走是一个复杂的力学现象.以倒立摆模型来分析，在单支撑阶段，系统呈现不稳定的倒立摆运动，但是双足的交替支撑却使本身不稳定的倒立摆运动构成了稳定的行走［1］.

在这能源日益紧张的时代，耗能大小已经成为研究过程中不可忽视的因素.传统的步行机器人大多通过位置控制，实现预先规划好的步态，这种控制方法会导致步行过程中消耗的能量很大.近些年来，被动步行机人(passive-dynamic walking robot)备受关注，在它们从斜坡往下行走的过程中，重力不断转化为行走所需的能量，从而实现纯被动行走.显然，碰撞和摩擦会使运动过程中有大量的能量损耗，如果没有外界能量定时的补充，纯被动机构不可能实现平地上持续的行走.从被动步行中得到启发，利用运动过程中重力势能，再配以一定的主动驱动供能就有可能实现低能耗的行走.对被动行走动力学系统特性的研究始于McGeer［2-3］，他指出一个2D被动行走机器人可以在比较小的斜坡上，不需要任何驱动和控制实现行走.在此基础上，Coleman等［4］试图构造多自由度的被动机器人;Collins等［5］利用简单的激励和控制实现了被动行走;Tedrake等［6］开发了另一款基于被动动力学的步行机器人Toddler.然而，研究指出现有的被动行走很不稳定.本文通过对人脚结构以及人类步行模式的分析，构建了一个基于两点式步行模式的直腿无膝模型.通过数值方法，对基于……