人工智能&机器人 airobot.org

[翻译]人类步行研究

原文：Research on Human Walking

机器人的步行是依照人类步行为模型的。

在研究双足步行的基础理论时，本田针对人类步行和其它形式的行走，做了大量的实验并获取了大量的数据。在此基础之上，本田研究出类似人类的快速行走技术。

1.腿部关节配置

在设计机器人关节配置的时候，人类的结构被选作为参考。考虑到脚趾在步行中的作用，脚趾和脚后跟的位置显得非常重要，因为它们决定了机器人的体重是如何被支撑的。机器人对地面的作用力感觉来自脚上的关节。脚上的关节可以前后、左右旋转，在正常步行时用来保持纵向平衡，并且更好地感知当脚在斜面上的情况。在跨越、上下楼梯时需要用到膝关节和髋关节。机器人系统由多个关节组成，如髋关节、膝关节和脚部关节。

2.关节活动范围

考虑步行中关节的活动范围时，针对人类在平面上和楼梯上的步行进行了研究。通过测量关节的运动，来确定每个关节的活动范围。

3.腿的尺寸、重量和重心

为了确定腿的重心位置，人类的重心被选作为参考。

4.行走时腿上关节的力矩

为了确定行走时腿上关节施加力矩的理想值，测量了人类在行走和对应对突发事件反应时关节的力矩。

5.步行所需的传感器

人类由下面三种感知来保持平衡：

• 内耳的耳石感知到的速度
• 半规管感知到的角速度
• 来自肌肉和皮肤的感知：关节的角度，角速度，肌肉力量，脚底受力和皮肤的感觉

为了“理解”步行中脚的运动，机器人系统配备有关节角度传感器，6轴力传感器，速度传感器和陀螺仪来确定位置。

6.步行中的作用力

人类拥有一些结构化的元素组成，如柔软的皮肤，脚后跟以及由脚趾组成的弓形结构。它们连接可以运动的部位，通过弯曲来吸收脚接触地面时的冲击力。对人类步行的实验和分析显示，步行速度越快，地面的反作用力越大，尽管减少冲击力的功能仍发挥作用。以 2 - 4km/h速度步行时，反作用力是身体重量的 1.2 - 1.4 倍；8km/h时，负载增加到身体重量的 1.8 倍。

对于机器人来说，需要在脚底安装吸收冲击力的材料，并使用顺应控制来减少冲击力。

相关文章：

1. 本田人形机器人研发历史
2. 仿人机器人全身运动：模仿人类的运动
3. 机器人跑步
4. 2009圣诞快乐！
5. RoboCup 2010 决赛集锦