何杰，张晓晖，肖晓晖，丁加涛

（武汉大学动力与机械学院，湖北武汉，430072）

仿人机器人具有人类的外观特征以及良好的环境适应性，在家庭服务、抢险救灾和野外探测等领域有着广阔的应用前景。近年来，国内外在仿人机器人样机研制[1]、步态规划[2-3]和步行控制[4-5]等方面取得了一定的研究成果。但是，为满足实际应用需求，需进一步降低步行过程中的能量消耗。被动步行和欠驱动机器人在节能行走方面有一定的优势[6-7]，但是被动步行的地形适应能力差，只能实现下坡或者平地行走；而欠驱动步行机器人需要特殊的结构设计并依赖复杂的步行控制策略。为此，本文针对全驱动机器人，研究低能耗的步态生成与优化策略。给定目标行走距离，传统的能耗优化方法首先使用能耗评价函数估算初始步行参数（包括步长、步宽等）下所需能耗，然后，沿着降低系统总能耗的梯度方向更新步行参数以实现节能行走。事实上，总步行能耗取决于每个步行周期的单位能耗（unit energy cost，UEC）[8]。

为评估UEC，首先需要提出能耗评价指标。一般来说，可使用机器人的关节功率作为UEC 能耗评价函数。为计算关节功率，ZHANG 等[9-10]首先规划出步态（包括质心（center of mass，CoM）轨迹和摆动腿轨迹），然后，从理论上分析期望的关节角速度和力矩。但是，该方法需要进行逆运动学迭代，耗时较长。SHIN 等[11]建立电机电压和电流与关节角度之间的关系模型来估计UEC，但是，建模过程比较繁杂。此外，关节功率本身难以直接指导机器人CoM 轨迹的生成。……