仿人机器人（双足步行机器人）——国内仿人机器人研究情况

仿人机器人（双足步行机器人）——国内仿人机器人研究情况主动仿人机器人

我国从上世纪80年代中期才开始仿人机器人的研究，哈尔滨工业大学从1985年开始仿人机器人的研制工作，先后研制出仿人机器人HIT-I、HIT-II和HIT-III[84][85]。HIT-I具有12个自由度，可实现静态步行；HIT-II具有12个自由度，髋关节和腿部结构采用平行四边形结构；HIT-III具有12自由度，基于神经网络逼近系统逆动力学模型和RBF(Radial Basis )神经网络前馈控制的力矩补偿控制方法[86]，实现了动态的步行行走。国防科技大学于1988年到1995年期间，先后成功研制平面型6自由度机器人KDW-I，空间运动型机器人KDW-II 和KDW-III。其中KDW-III具有12个自由度，可实现步幅40cm，步速4s/步的平地行走和上下台阶等静态步行。2000年底，国防科技大学研制成功的“先行者”高1.4m，重20kg，可实现前进、后退、转弯等动作，基于此，研究人员还建立了仿人机器人关节转角与零力矩点之间的函数关系，构造了具有学习功能的自适应步态规划参数修正框架[87-89]。2003年，国防科技大学研制成功了最新仿人机器人Blackmann，具有36个自由度，采用正交关节设计，逆动力学基于几何模型与可变阻尼最小二乘算法相结合来求解[90]。北京理工大学从2002年和2005年先后完成了BHR-01和BHR-02仿人机器人[91]，其中BHR-02高1.6m，重63kg，配置32个自由度，可表演太极圈和刀术等复杂动作，考虑复杂环境的应用，提出了基于机器人自身约束条件的行走调节步态控制算法[92]。清华大学于2002年4月研制出仿人机器人THBIP-I[93-96]，THBIP-I高1.80m，总重量130千克，几何尺寸及质量分布均参考我国成年人相应参数进行设计，共配置32个自由度。为了复现人体踝关节侧摆的非线性驱动力特性，THBIP-I 踝关节侧摆采用了“行星减速器+四连杆传动”的独特结构，实现了踝侧摆和踝前摆两关节传动轴垂直正交，同时减少了运动干涉性，提高

了传动性能。同时，研究人员还建立了THBIP-I的有限性弹性力学模型，分析了支撑腿切换冲击和弹性变形对步行性能的影响[97-99]，针对机器人的行走误差，提出了自调整模糊控制算法[100][101]，在考虑驱动器动态特性、关节间隙和柔顺性的前提下，对关节轨迹跟踪进行了分散鲁棒控制研究[8]。THBIP-II于2005年3月研制成功[102]，该机器人高0.7m，重18kg，配置了24个自由度，可实现步幅15cm，每步4s的动态行走，其该进型号于2009年5月完成[103]，旨在研究仿人机器人灵活多变动作的实现和在复杂人类生活环境中的应用[104]。

此外，我国的上海交通大学[105]、上海大学[106]、西北工业大学[107]、天津大学[108]等单位也开展了仿人机器人的理论和技术研究，并取得了一定成果。被动仿人机器人

国内对于被动仿人机器人的研究刚刚起步，清华大学精仪系于2006年成功研制了平面无脚半被动仿人机器人THR-1，旨在研究大步幅动态步行和仿生控制策略，目前该机器人已经实现了步幅0.13m （腿长的0.56倍），每步0.64s的动态行走[122-125]。在研的半被动仿人机器人THR-II，采用人工气动肌肉驱动，有望在仿生控制方面取得突破。北京大学工学院智能控制实验室[126]也于2006年，成功研制了一款带有上身的被动仿人机器人，其每条机械腿的髋关节安装电机，用来控制腿的摆动，踝和膝关节的弹性机构用于稳定行走。此外，清华大学计算机系的毛勇[127][128]、自动化系的苏学敏[129]、航空航天学院的柳宁[130]、吉林大学的刘振泽[131]等人都针对被动机器人的机理和环境适应性进行了理论和仿真实验研究。

被动仿人机器人成为当前研究的热点最重要的原因是能量有效性和自然步态的生成，但被动仿人机器人研究到目前为止还不到十年，其结构简单、步态单一和环境适应性差的特点，使得被动仿人机器人无法实现复杂动作，也无法满足非结构人类生活环境应用的基本要求，被动机器人要进入实用阶段还有很长的路要走。