闫 曈， 许 威， 苏 波

(中国北方车辆研究所，北京 100072)

现今，智能移动平台正朝着高机动性、高通过性和高稳定性方向发展，因此移动机器人对复杂环境的适应随之成为运动控制领域的研究热点，足式机器人也因其结构复杂而对控制系统提出了更高的要求.一方面，足式机器人移动平台在未知的崎岖地形行走时会受到足端与地面非预期碰撞而产生的冲击力，影响平台稳定；另一方面，足式机器人也会由于机身与外界碰撞或搭载载荷而受到外力扰动，影响平台位姿.因此减少外力冲击对四足机器人稳定行走的影响十分重要.

为实现四足机器人的柔顺步态行走，一般在腿部设计被动柔顺机构或采用合适的主动柔顺控制策略.被动柔顺结构对四足机器人稳定性的提高有限，主动柔顺控制主要通过对四足机器人模型施加力控制算法来实现.上世纪80年代，Raibert使用弹簧负载倒立摆模型(SLIP)[1]实现单足机器人Hopper的稳定控制，后续很多四足机器人的控制策略包括著名的BigDog[2]都是在该模型的基础上发展而来的.

虚拟模型控制(Virtual Model Control，VMC)是一种描述足式机器人与周围环境交互的力行为语言.首先确定系统需要控制的自由度，然后在该自由度上构建恰当的虚拟构件以产生合适的虚拟力，建立整体质量-弹簧-阻尼虚拟模型，通过雅可比矩阵计算期望的关节扭矩.将机器人的移动轨迹用作用于机体质心的虚拟力去表征，并将质心虚拟力通过足力分……