仿人机器人驱动和感知系统的介绍及关节控制器的控制算法分析

　　仿人机器人的研制开始于上世纪60年代末，只有三十多年的历史。1968年，美国的通用电气公司试制了一台叫“Rig”的操纵型双足步行机器人机械。它只有踝和髋两个关节，操纵者靠力反馈感觉来保持机器平衡，从而揭开了仿人机器人研制的序幕。 1968年，日本早稻田大学加藤一郎教授在日本首先展开了双足机器人的研制工作【6。。1969年研制出WAP．1平面自由度步行机。该机器人具有六个自由度，每条腿有髋、膝、踝三个关节。利用人造橡胶肌肉为关节，通过注气、排气引起肌肉收缩牵引关节转动从而迈步。由于气体的可伸缩性，该机器人行走不稳定。1971年，加藤一郎又研制出了WAP．3型双足机器人，仍采用人造肌肉驱动，能在平地、斜坡和阶梯上行走，具有11个自由度。1971年，加藤实验室研制出WL．5双足步行机器人（见图1．1）。该机器人采用液压驱动，具有11个自由度。下肢作三维运动，上躯体左右摆动以实现双足机器人重心的左右移动。该机器人重130kg，。高0．9m，可载荷30kg，实现步幅15cm，每步45s的静态步行。1973 年，加藤等人在wL．5的基础上配置机械手及人工视觉、听觉装置组成自主式机器人WAROT-1。加藤等人于1980年又推出WL．9DR双足机器人。该型机器人采用预先设计步行方式的程序控制方法，用步行运动分析及重复实验设计步态轨迹，用以控制机器人的步行运动。该机器人采用以单脚支撑期为静态，双脚切换期为动态的准动态步行方案。实现了步幅45em，每步9s的准动态步行。1984年，加藤实验室又研制出采用踝关节力矩控制的WL．10RD双足机器人（见图1．2）。实现了步幅40cm，每步1．5s的平稳动态步行。1986年，加藤实验室又研制成功了WL．12R步行机器人，该机器人通过躯体运动来补偿下肢的任意运动。在躯体的平衡作用下，实现了步行周期1．3s，步幅30cm的平地动态步行。日本机械学院的S．Kajital7】等针对一台具有4个前向驱动电机且完全安装在机器人上体的五连杆平面型双足步行机器人Meltran I，研究其动态行走的控制方法。他根据机器人机构质量几乎完全集中在上体的事实，为使双足步行机器人实现稳定的周期性的动态行走，对机器人上体采用了约束控制方法，提出了一种理想的线性倒立摆模型，同时又提出了机构轨道能量守恒的概念，来求解各个关节的运动轨迹及输入力矩，实现了在已知不平整地面下的稳定动态步行。1996年他们又在此样机的基础上加载了超