53、人形机器人几何模型参数自动生成与足部位置调整平衡方法

人形机器人几何模型参数自动生成与足部位置调整平衡方法

1. 引言

近年来，双足机器人领域的研究愈发重要。在存在楼梯、地面小物体等障碍物的环境中，双足机器人相较于轮式机器人具有明显优势。然而，双足机器人在行走时容易受到干扰，因此，即使在平坦地面上，双足机器人也必须具备恢复平衡的能力，以防止损坏。

2. 相关工作

• 零力矩点（ZMP） ：ZMP 是判断人形机器人稳定性的常用标准。当 ZMP 位于支撑多边形内时，地面不会对脚部的横滚和俯仰轴施加扭矩，机器人可视为稳定。此外，ZMP 还可用于定义机器人的运动。
• 3D 线性倒立摆模式（3D - LIPM） ：由于基于 ZMP 定义机器人运动需要求解非线性方程，计算量大，Kajita 等人引入了 3D - LIPM 线性模型，将机器人质心（CoM）的运动与 ZMP 关联起来。
• 其他方法 ：有多种方法可利用 3D - LIPM 从期望的 ZMP 推导出 CoM 轨迹，如卷积和、解析解等。同时，为了结合不同传感器的测量值，可集成观测器。但这些方法在应对重大干扰时存在局限性，需要通过“弓步”（lunge）来平衡。此外，还有考虑轨道能量、捕获点（CP）、二次规划（QP）等方法来确定机器人的步长和足部位置，但这些方法也各有优缺点。

3. 目标

本文提出一种修改预定义足部位置的方法，以在观察到干扰后恢复平衡。系统需具备以下特性：
1. 处理任意形状的参考 ZMP，避免身体振荡。
2. 确保必要时脚部的实